KR20140053378A - Lithium rechargeable battery - Google Patents
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Abstract
본 발명의 리튬 이차 전지는, 집전체와, 상기 집전체에 보유된 활물질 입자(10)를 포함하는 활물질층을 구비한다. 활물질 입자(10)는 리튬 전이 금속 산화물의 1차 입자(12)가 복수 집합한 2차 입자(14)로서, 상기 2차 입자(14)의 내측에 형성된 중공부(16)와, 상기 중공부(16)를 둘러싸는 쉘부(15)를 포함하는 중공 구조를 갖는다. 2차 입자(14)에는, 외부로부터 중공부(16)까지 관통하는 관통 구멍(18)이 형성되어 있다. 여기서, 활물질 입자(10)의 분말 X선 회절 패턴에 있어서, (003)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 다음 식: (A/B)≤0.7을 만족한다.The lithium secondary battery of the present invention comprises a current collector and an active material layer containing active material particles (10) held on the current collector. The active material particle (10) is a secondary particle (14) having a plurality of primary particles (12) of a lithium-transition metal oxide. The active material particle has a hollow portion (16) formed on the inner side of the secondary particle And a shell portion (15) surrounding the base portion (16). The secondary particle 14 has a through hole 18 penetrating from the outside to the hollow portion 16. The ratio (A / B) of the half width A of the diffraction peak obtained by the (003) plane to the half width B of the diffraction peak obtained by the (104) plane in the powder X-ray diffraction pattern of the active material particle 10 ) Satisfies the following formula: (A / B)? 0.7.
Description
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것이다. 상세하게는, 리튬 전이 금속 산화물에 의해 구성된 활물질 입자를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery. More particularly, the present invention relates to a lithium secondary battery comprising active material particles constituted by a lithium transition metal oxide.
또한, 본 발명은 2011년 8월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-189422호에 기초하는 우선권을 주장하고 있으며, 그 출원의 전체 내용은 본 명세서 중에 참조로서 도입되어 있다.The present invention also claims priority to Japanese Patent Application No. 2011-189422 filed on August 31, 2011, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
최근 들어, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 그 밖의 이차 전지는, 차량 탑재용 전원, 혹은 퍼스널 컴퓨터 및 휴대 단말기의 전원으로서 중요성이 높아지고 있다. 특히, 경량이며 고에너지 밀도가 얻어지는 리튬 이차 전지는, 차량 탑재용 고출력 전원으로서 바람직하게 사용되고 있다. 리튬 이차 전지는, 리튬 이온(Li 이온)을 가역적으로 흡장 및 방출할 수 있는 재료(활물질)를 정부의 전극에 구비하고 있으며, 정부의 전극 사이를 Li 이온이 왕래함으로써 충전 및 방전이 행해진다. 이러한 리튬 이차 전지의 정극에 사용되는 활물질(정극 활물질)의 대표예로서, 리튬과 전이 금속 원소를 포함하는 리튬 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 예를 들어, 상기 전이 금속 원소로서 적어도 니켈(Ni)을 포함하는 리튬 전이 금속 산화물(니켈 함유 리튬 전이 금속 산화물로)로서 층상 결정 구조를 갖는 것이 바람직하게 사용된다. 리튬 이차 전지의 활물질에 관한 기술 문헌으로서 특허문헌 1을 들 수 있다.In recent years, lithium-ion batteries, nickel-metal hydride batteries and other secondary batteries have become increasingly important as power sources for in-vehicle power sources or power sources for personal computers and portable terminals. Particularly, a lithium secondary battery which is light in weight and has a high energy density is preferably used as a high output power source for in-vehicle use. The lithium secondary battery is provided with a material (active material) capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions (Li ions) in its electrode, and charging and discharging are performed by the passage of Li ions between the electrodes of the lithium ion secondary battery. As typical examples of the active material (positive electrode active material) used for the positive electrode of such a lithium secondary battery, there can be mentioned lithium-transition metal oxides including lithium and transition metal elements. For example, a lithium transition metal oxide (as a nickel-containing lithium transition metal oxide) containing at least nickel (Ni) is preferably used as the transition metal element having a layered crystal structure. As a technical literature on the active material of a lithium secondary battery,
그런데, 소위 하이브리드차, 전기 자동차 등, 전기 모터에 의해 차륜을 구동시키는 차량에서는, 전지에 축적된 전력만으로의 주행이 가능하다. 이러한 전지에는, SOC(State of Charge; 충전 상태)가 줄어듦에 따라서 출력이 저하되는 경향이 있다. 주행을 안정시키기 위해서는, 전지를 소정의 SOC 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 차량에 탑재되는 전지가, 저 SOC 영역에 있어서도 필요한 출력을 발휘할 수 있으면, 하이브리드차, 전기 자동차 등의 주행 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 저 SOC 영역에 있어서도 필요한 출력을 발휘할 수 있으면, 필요한에너지량을 확보하기 위한 전지의 수를 저감시킬 수 있어, 비용 절감을 도모할 수 있다.However, in a vehicle such as a so-called hybrid vehicle or an electric vehicle, in which a wheel is driven by an electric motor, it is possible to travel only by the electric power accumulated in the battery. In such a battery, the output tends to decrease as the state of charge (SOC) decreases. In order to stabilize running, it is preferable to use the battery within a predetermined SOC range. If the battery mounted on such a vehicle can exhibit the necessary output even in the low SOC region, it is possible to improve the running performance of a hybrid vehicle, an electric vehicle and the like. Also, if the required output can be exhibited even in the low SOC region, the number of batteries for securing the required energy amount can be reduced, and the cost can be reduced.
본 발명에 따른 리튬 이차 전지는, 집전체와, 상기 집전체에 보유된 활물질 입자를 포함하는 활물질층을 구비한다. 상기 활물질 입자는, 리튬 전이 금속 산화물의 1차 입자가 복수 집합한 2차 입자로서, 상기 2차 입자의 내측에 형성된 중공부와, 상기 중공부를 둘러싸는 쉘부를 갖는 중공 구조를 구성하고 있다. 상기 2차 입자에는, 외부로부터 상기 중공부까지 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있다. 여기서, 상기 활물질 입자의 분말 X선 회절(CuKα선을 사용한 X선 회절) 패턴에 있어서, (003)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 다음 식: (A/B)≤0.7을 만족한다.A lithium secondary battery according to the present invention includes a current collector and an active material layer containing the active material particles held in the current collector. The active material particle is a secondary particle having a plurality of primary particles of a lithium-transition metal oxide, and constitutes a hollow structure having a hollow portion formed inside the secondary particle and a shell portion surrounding the hollow portion. In the secondary particle, a through hole penetrating from the outside to the hollow portion is formed. The half-width width A of the diffraction peak obtained by the (003) plane and the half-width of the diffraction peak obtained by the (104) plane in the powder X-ray diffraction (X-ray diffraction) pattern of the active material B ratio (A / B) satisfies the following formula: (A / B)? 0.7.
일반적으로, LiNiO2 등의 리튬 전이 금속 산화물은, Li층, O층, 전이 금속층, O층이 반복하여 겹친 적층 구조를 갖고 있으며, 그 층이 겹쳐지는 방향(c축)에 직교하는 방향으로부터 Li 이온이 흡장 및 방출된다. 이러한 c축에 직교하는 방향의 결정 두께가 너무 두꺼우면, Li 이온의 확산 거리가 길어지기 때문에, 결정 내부로의 이온 확산이 느려진다. 또한, 상기 결정을 포함하는 1차 입자가 복수 집합하여 2차 입자를 형성하는 경우, 상기 입자 내에 입계가 있음으로써, Li 이온의 확산이 저해된다. 이와 같은 Li 이온 확산성의 저하는, 전지의 성능 저하(예를 들어 출력 특성의 저하)의 요인으로 될 수 있다. 특히, 저 SOC 영역에서는 활물질 내의 Li 이온 농도가 높고, 방전 시에 활물질 내부로의 이온 확산이 율속으로 되기 때문에, 상기 성능 열화가 일어나기 쉽다.Generally, a lithium-transition metal oxide such as LiNiO 2 has a laminated structure in which a Li layer, an O layer, a transition metal layer, and an O layer are repeatedly overlapped, and Li Ions are occluded and released. If the crystal thickness in the direction orthogonal to the c-axis is too large, the diffusion distance of Li ions becomes long, so that diffusion of ions into the crystal becomes slow. Further, when a plurality of primary particles containing the above-described crystal are aggregated to form secondary particles, diffusion of Li ions is inhibited by the presence of grain boundaries in the particles. Such a decrease in the Li ion diffusibility can be a cause of deterioration in performance of the battery (for example, deterioration in output characteristics). Particularly, in the low SOC region, the Li ion concentration in the active material is high and the diffusion of ions into the active material during rate of discharge becomes susceptible to such deterioration.
본 발명에 의하면, 활물질 입자의 분말 X선 회절 패턴에 있어서, (003)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 0.7 이하이기 때문에, 상기 반값폭 비(A/B)가 0.7을 상회하는 종래의 활물질 입자와 비교하여, 결정의 c축에 직교하는 방향의 두께가 매우 얇다. 그로 인해, Li 이온의 확산 거리가 짧아, 결정 내부로의 Li 이온의 확산이 빠르다. 또한, 상기 결정을 포함하는 1차 입자가 복수 집합한 2차 입자의 내부에 중공부가 형성되어 있는 점에서, 중실의 치밀 구조에 비하여 1차 입자의 응집이 적다. 그로 인해, 입자 내의 입계가 적어, 입자 내로의 Li 이온의 확산이 더 빠르다. 이로 인해, 상기 활물질 입자를 사용하여 구축된 리튬 이차 전지는, 저 SOC 영역(예를 들어, SOC가 30% 이하일 때)에 있어서도 높은 출력을 안정적으로 발휘할 수 있다.According to the present invention, in the powder X-ray diffraction pattern of the active material particles, the ratio (A / B) of the half width A of the diffraction peak obtained by the (003) plane to the half width B of the diffraction peak obtained by the ) Is 0.7 or less, the thickness of the crystal in the direction orthogonal to the c-axis is extremely thin as compared with the conventional active material particle having a half-width ratio (A / B) of more than 0.7. As a result, the diffusion distance of Li ions is short and diffusion of Li ions into crystals is fast. Further, since the hollow portion is formed in the secondary particles having a plurality of primary particles containing the crystal, aggregation of the primary particles is less than that of the solid dense structure. As a result, the grain boundaries in the grains are small and the diffusion of Li ions into the grains is faster. As a result, the lithium secondary battery constructed using the active material particles can stably exhibit a high output even in a low SOC region (for example, when the SOC is 30% or less).
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 형태에서는, 상기 반값폭 비(A/B)가 (A/B)≤0.7을 만족한다. 바람직하게는 (A/B)≤0.65이며, 더 바람직하게는 (A/B)≤0.6이다. 반값폭 비(A/B)가 너무 크면, 결정의 c축에 직교하는 방향의 두께가 두꺼워져 결정 내부로의 이온 확산이 느려지기 때문에, 필요한 출력 특성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 그 한편, 상기 반값폭 비(A/B)가 너무 작은 활물질 입자는, 생성(합성)이 어려워지는 것에 추가로 결정 성장(특히 c축에 직교하는 방향으로의 성장)이 불충분해지기 때문에, 고온 보존 시에 활물질 중의 메탈이 전해액 중에 용출될 우려가 있다. 전해액 중에 메탈이 용출되면 전지 용량이 저하되는 원인으로 될 수 있다. 고온 보존 시의 용량 열화를 억제하는 관점에서는, 0.45≤(A/B)가 적당하며, 바람직하게는 0.5≤(A/B)이다.In one preferred form of the technique disclosed herein, the half width ratio (A / B) satisfies (A / B)? 0.7. Preferably, (A / B)? 0.65, and more preferably (A / B)? 0.6. If the half width ratio (A / B) is too large, the thickness of the crystal in the direction orthogonal to the c-axis becomes thick and the diffusion of ions into the crystal becomes slow, so that necessary output characteristics may not be obtained. On the other hand, the active material particles having too small a half width ratio (A / B) are difficult to be produced (synthesized), and in addition, crystal growth (particularly growth in a direction orthogonal to the c axis) becomes insufficient, The metal in the active material may be eluted into the electrolytic solution during storage. If the metal is eluted in the electrolyte, the battery capacity may be lowered. (A / B) is preferable, and 0.5? (A / B) is preferable from the viewpoint of suppressing deterioration of capacity at high temperature storage.
여기에 개시되는 리튬 이차 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 활물질 입자 중 상기 중공부를 둘러싸는 쉘부의 평균 두께가, 2.2㎛ 이하이다. 이러한 구성에 의하면, 활물질 입자의 중공부를 둘러싸는 쉘부의 두께가 매우 얇다. 이로 인해, 활물질 입자의 쉘부 내부로의 Li 이온의 확산이 빨라, 전술한 효과가 보다 적절히 발휘될 수 있다. 상기 쉘부의 평균 두께의 하한값은 특별히 제한되지 않지만, 대체로 0.1㎛ 이상이면 된다. 쉘부의 평균 두께를 0.1㎛ 이상으로 함으로써, 활물질 입자에 필요한 내구성이 확보되어, 리튬 이차 전지의 성능이 안정된다.In a preferred embodiment of the lithium secondary battery disclosed herein, the average thickness of the shell portion surrounding the hollow portion of the active material particles is 2.2 占 퐉 or less. According to this configuration, the thickness of the shell portion surrounding the hollow portion of the active material particles is very thin. As a result, the diffusion of Li ions into the shell portion of the active material particles is fast, and the above-mentioned effect can be more appropriately exerted. The lower limit value of the average thickness of the shell portion is not particularly limited, but may be generally 0.1 탆 or more. By setting the average thickness of the shell portion to 0.1 mu m or more, durability necessary for the active material particles is ensured, and the performance of the lithium secondary battery is stabilized.
여기에 개시되는 리튬 이차 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 리튬 전이 금속 산화물은, 적어도 니켈을 구성 원소로서 포함하는 층상 결정 구조의 화합물이다. 이러한 리튬 전이 금속 산화물은, 예를 들어 니켈, 코발트 및 망간을 구성 원소로서 포함하는 층상 결정 구조의 화합물이어도 된다. 또한, 상기 리튬 전이 금속 산화물은, 텅스텐을 포함하는 층상 결정 구조의 화합물이어도 된다. 이 경우, 상기 텅스텐의 함유량은, 상기 화합물 중의 텅스텐 이외의 모든 전이 금속 원소의 합계를 몰 백분율로 100몰%라 했을 때, 0.05몰% 내지 1몰%인 것이 바람직하다. 이와 같은 텅스텐의 함유량이면, 전술한 반값폭 비(A/B)를 여기에 개시되는 바람직한 범위로 적절하게 제어할 수 있다.In a preferred embodiment of the lithium secondary battery disclosed herein, the lithium transition metal oxide is a layered crystal structure compound containing at least nickel as a constituent element. The lithium transition metal oxide may be a layered crystal structure compound containing, for example, nickel, cobalt and manganese as constituent elements. The lithium transition metal oxide may be a layered crystal structure compound containing tungsten. In this case, the content of the tungsten is preferably 0.05 mol% to 1 mol% when the total amount of the transition metal elements other than tungsten in the compound is 100 mol% in terms of the molar percentage. With such a content of tungsten, the above-described half width ratio (A / B) can be suitably controlled within the preferable range disclosed herein.
바람직하게는, 상기 리튬 전이 금속 산화물은, 이하의 일반식:Preferably, the lithium transition metal oxide is represented by the following general formula:
<식 1><
Li1 + xNiyCozMn(1-y-z)WαMβO2 Li 1 + x Ni y Co z Mn (1- y z ) W 留 M 硫 O 2
로 나타내는 층상 결정 구조의 화합물이다.Of a layered crystal structure.
여기서, 상기 식 1 중의 x의 값은 0≤x≤0.2이며, y의 값은 0.1<y<0.9이며, z의 값은 0.1<z<0.4이며, α의 값은 0.0005≤α≤0.01이며, β의 값은 0≤β≤0.01이다. 상기 식 중의 M은 첨가 원소이며, 존재하지 않거나 혹은 Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B 및 F 중 1종 또는 2종 이상의 원소이다. 특히 상기 식중의 x가 0.05≤x≤0.2를 만족하는 실수인 것이 바람직하다. 또한 상기 식 중의 α가 0.001≤α≤0.01(나아가서는 0.002≤α≤0.01, 나아가서는 0.005≤α≤0.01)을 만족하는 실수인 것이 특히 바람직하다.The value of x in the
또한, 본 발명은 전술한 바와 같은 활물질 입자를 적합하게 제조하는 방법을 제공한다. 즉, 본 발명의 제조 방법은, 리튬 전이 금속 산화물의 1차 입자가 복수집합한 2차 입자로서, 상기 2차 입자의 내측에 형성된 중공부와, 상기 중공부를 둘러싸는 쉘부를 갖고, 상기 2차 입자에는 외부로부터 상기 중공부까지 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있는 구멍이 형성된 중공 구조의 활물질 입자를 제조하는 방법이다.Further, the present invention provides a method for suitably preparing the above-mentioned active material particles. That is, the production method of the present invention is a secondary particle having a plurality of primary particles of a lithium-transition metal oxide, the secondary particle having a hollow portion formed inside the secondary particle and a shell portion surrounding the hollow portion, The particle is a method of producing a hollow structure active material particle having a hole in which a through hole penetrating from the outside to the hollow portion is formed.
구체적으로는, 여기에서 개시되는 활물질 입자 제조 방법은, 전이 금속 화합물의 수성 용액(전형적으로는 수용액)에 암모늄이온을 공급하여, 전이 금속 수산화물의 입자를 상기 수성 용액으로부터 석출시키는 공정(원료 수산화물 생성 공정)을 포함한다. 여기서, 상기 수성 용액은, 상기 리튬 전이 금속 산화물을 구성하는 전이 금속 원소를 적어도 하나 포함한다. 상기 제조 방법은, 또한, 상기 전이 금속 수산화물과 리튬 화합물을 포함하는 미소성의 혼합물을, 리튬(Li)과 다른 모든 구성 금속 원소의 합계(Mall)의 몰비(Li/Mall)가 1.05 내지 1.2(1.05 이상 1.2 이하)의 범위로 되도록 리튬 과잉으로 제조하는 공정(혼합 공정)을 포함한다. 또한, 상기 혼합물을 700℃ 내지 1000℃의 범위 내에서 최고 소성 온도가 설정되는 조건으로 소성하여 상기 활물질 입자를 얻는 공정(소성 공정)을 포함한다. 이 제조 방법에 의하면, 상기 활물질 입자의 분말 X선 회절 패턴에 있어서, (003)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 다음 식: (A/B)≤0.7을 만족하는 활물질 입자를 적절하게 제조할 수 있다. 이 제조 방법은, 예를 들어 여기에 개시되는 어느 하나의 활물질 입자를 제조하는 방법으로서 바람직하게 채용될 수 있다.Specifically, the method for producing an active material particle described herein comprises the steps of supplying ammonium ions to an aqueous solution (typically an aqueous solution) of a transition metal compound to precipitate transition metal hydroxide particles from the aqueous solution Process). Here, the aqueous solution contains at least one transition metal element constituting the lithium transition metal oxide. The manufacturing method, also, is 1.05 to 1.2, the fine mixture castle that said transition comprises a metal hydroxide and a lithium compound, lithium total of (Li) and all the other constituent metal elements molar ratio of (M all) (Li / M all) (1.05 or more and 1.2 or less). And firing the mixture in the range of 700 ° C to 1000 ° C under the condition of setting the maximum firing temperature to obtain the active material particles (firing step). According to this production method, in the powder X-ray diffraction pattern of the active material particles, the ratio (A) of the half-width width A of the diffraction peak obtained by the (003) plane to the half width B of the diffraction peak obtained by the / B) satisfies the following formula: (A / B)? 0.7. This production method can be suitably employed, for example, as a method for producing any one of the active material particles disclosed herein.
상기 소성 공정은, 최고 소성 온도가 850℃ 내지 950℃로 되고, 또한 소성 시간이 3 내지 20시간으로 되도록 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 상기 반값폭 비(A/B)가 0.45≤(A/B)≤0.7을 만족하는 구멍이 형성된 중공 구조의 활물질 입자를 보다 용이하게 제조할 수 있다.It is preferable that the firing step is performed so that the maximum firing temperature is 850 to 950 占 폚 and the firing time is 3 to 20 hours. As a result, it is possible to more easily manufacture a hollow structure active material particle having a hole having a half width ratio (A / B) of 0.45? (A / B)? 0.7.
상기 전이 금속 수산화물은, 텅스텐을 포함하여도 된다. 이 경우, 상기 텅스텐의 함유량은, 상기 전이 금속 수산화물 중의 텅스텐 이외의 모든 전이 금속 원소의 합계를 몰 백분율로 100몰%라 했을 때, 0.05몰% 내지 1몰%인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 상기 반값폭 비(A/B)가 (A/B)≤0.7을 만족하는 구멍이 형성된 중공 구조의 활물질 입자를 보다 용이하게 제조할 수 있다.The transition metal hydroxide may include tungsten. In this case, the content of the tungsten is preferably 0.05 mol% to 1 mol% when the total amount of the transition metal elements other than tungsten in the transition metal hydroxide is 100 mol% as a molar percentage. As a result, it is possible to more easily manufacture a hollow structure active material particle having a hole having a half width ratio (A / B) satisfying (A / B)? 0.7.
상기 원료 수산화물 생성 공정은, 상기 수성 용액으로부터 상기 전이 금속 수산화물을 석출시키는 핵 생성 단계와, 상기 핵 생성 단계보다도 상기 수성 용액의 pH를 감소시킨 상태에서, 상기 전이 금속 수산화물을 성장시키는 입자 성장 단계를 포함하여도 된다. 이 경우, 상기 핵 생성 단계에서의, 상기 수성 용액의 pH가 12 이상 13 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 입자 성장 단계에서의, 상기 수성 용액의 pH가 11 이상 12 미만인 것이 바람직하다.The raw hydroxide producing step comprises a nucleation step of precipitating the transition metal hydroxide from the aqueous solution and a grain growing step of growing the transition metal hydroxide in a state where the pH of the aqueous solution is lower than the nucleation step . In this case, the pH of the aqueous solution in the nucleation step is preferably 12 or more and 13 or less. Further, it is preferable that the pH of the aqueous solution in the particle growing step is 11 or more and less than 12.
여기에 개시되는 어느 하나의 리튬 이차 전지는, 상기한 바와 같이, 저 SOC 영역(예를 들어, SOC가 30% 이하일 때)이더라도 높은 출력을 안정적으로 발휘할 수 있기 때문에, 예를 들어 자동차 등의 차량에 탑재되는 전지(전형적으로는 구동 전원 용도의 전지)로서 바람직하다. 따라서 본 발명에 의하면, 여기에 개시되는 어느 하나의 리튬 이차 전지(복수의 전지가 접속된 조전지의 형태일 수 있음)를 구비하는 차량이 제공된다. 특히, 상기 리튬 이차 전지를 동력원으로서 구비하는 차량(예를 들어 가정용 전원으로 충전할 수 있는 플러그인 하이브리드차(PHV)나 전기 자동차(EV) 등)이 제공된다.As described above, any one lithium secondary battery disclosed herein can stably exhibit a high output even in a low SOC region (for example, when the SOC is 30% or less), and therefore, for example, (Typically, a battery for driving power). Thus, according to the present invention, there is provided a vehicle comprising any one of the lithium secondary batteries disclosed herein (which may be in the form of a battery pack to which a plurality of batteries are connected). Particularly, a vehicle provided with the lithium secondary battery as a power source (for example, a plug-in hybrid vehicle (PHV) or an electric vehicle (EV) capable of charging with a household power source) is provided.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 사용되는 활물질 입자를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 층상 결정 구조 리튬 전이 금속 산화물의 분말 X선 회절 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이차 전지를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 사용되는 권회 전극체를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 반값폭 비(A/B)와 출력 특성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 반값폭 비(A/B)와 고온 보존 후 용량 유지율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 최고 소성 온도와 반값폭 비(A/B)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 소성 시간과 반값폭 비(A/B)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 W 첨가량과 반값폭 비(A/B)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 Li/Mall비와 반값폭 비(A/B)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 리튬 이차 전지를 탑재한 차량을 모식적으로 나타내는 측면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing active material particles used in an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an example of a powder X-ray diffraction pattern of a layered crystal structure lithium-transition metal oxide.
3 is a diagram schematically showing a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a wound electrode body used in an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the relationship between the half width ratio (A / B) and the output characteristics.
6 is a graph showing the relationship between the half width ratio (A / B) and the capacity retention ratio after high temperature storage.
7 is a graph showing the relationship between the maximum firing temperature and the half width ratio (A / B).
8 is a graph showing the relationship between the firing time and the half width ratio (A / B).
9 is a graph showing the relationship between the amount of addition of W and the half width ratio (A / B).
10 is a graph showing the relationship between Li / Mall ratio and half width ratio (A / B).
11 is a side view schematically showing a vehicle equipped with a lithium secondary battery.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 각 도면은, 모식적으로 그려졌으며, 반드시 실물을 반영하지 않는다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 내용 이외의 사항으로서 본 발명의 실시에 필요한 사항은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing is schematically drawn and does not necessarily reflect the reality. The matters necessary for carrying out the present invention as matters other than those specifically mentioned in this specification can be understood as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and the technical knowledge in the field.
본 실시 형태에 따른 리튬 이차 전지에 사용되는 정극 활물질 입자(10: 도 1)는 결정 구조가 육방정계에 속하는 층상 암염형 구조의 리튬 전이 금속 산화물을 포함하며, CuKα선을 사용한 분말 X선 회절 패턴에 있어서, 밀러 지수 (003)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 A와, 밀러 지수 (104)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 다음 식: (A/B)≤0.7을 만족함으로써 특징지어진다.The positive electrode active material particles 10 (FIG. 1) used in the lithium secondary battery according to the present embodiment include a lithium transition metal oxide having a layered salt-salt type structure in which the crystal structure belongs to a hexagonal system, and a powder X-ray diffraction pattern (A / B) of the half width A of the peak obtained by the diffractive surface of the Miller index (003) and the half width B of the peak obtained by the diffractive surface of the
<분말 X선 회절 패턴><Powder X-ray Diffraction Pattern>
여기서, CuKα선을 사용한 분말 X선 회절(XRD: X-ray diffraction) 측정은, X선 발생원으로부터 조사되고 X선(CuKα선)을 시료의 시료면에 입사함으로써 행하면 된다. 시료면은, 정극 활물질 입자(10: 전형적으로는 분체)를 포함하는 면이어도 되고, 상기 정극 활물질 입자(10)를 바인더로 결착시켜서 실제로 정극을 형성한 면(정극 활물질층의 표면)이어도 된다. 이때, 시료를 소정의 주사축으로 회전 주사하면서 시료에 대한 입사 각도를 단계적 또는 연속적으로 변화시켜서 X선을 조사하고, 시료에 의해 회절된 X선을 검사기로 포착하면 된다. 그리고, X선의 회절 방향과 입사 방향의 각도차(회절각 2θ)와, 회절 X선 강도를 측정한다. 이러한 X선 회절 측정은, 다양한 측정 장치 메이커에서 시판중인 X선 회절 측정 장치를 사용하여 행할 수 있다. 예를 들어, Rigaku사 제조의 X선 회절 측정 장치 MultiFlex를 사용할 수 있다.Here, X-ray diffraction (XRD) measurement using a CuK? Ray can be performed by irradiating X-ray source (CuK? Ray) onto a sample surface of a sample. The sample surface may be a surface including positive electrode active material particles 10 (typically powder), or may be a surface (positive electrode active material layer surface) on which a positive electrode is formed by binding the positive electrode
도 2에, 정극 활물질 입자(10)가 LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2인 경우의 X선 회절 패턴을 나타내고 있다. LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2의 회절 패턴에서는, 회절각 18℃부근에 (003)면에 유래하는 회절 피크가 발생한다. 또한, 회절각 45℃부근에 (104)면에 유래하는 회절 피크가 발생한다. 이와 같이 하여 얻어진 회절 패턴으로부터, (003)면에 유래하는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 유래하는 회절 피크의 반값폭 B를 산출하면 된다. 이러한 반값폭 A, B의 산출은, 다양한 측정 장치 메이커에서 시판중인 X선 회절 측정 장치 부속의 해석 소프트를 사용하여 행할 수 있다. 예를 들어, Rigaku사 제조의 X선 회절 측정 장치 부속의 해석 소프트 JADE를 사용할 수 있다.In Figure 2, there is shown an X-ray diffraction pattern in the case where the positive electrode
본 발명에 의해 제공되는 정극 활물질 입자(10)는 상기 분말 X선 회절 패턴에 있어서, (003)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 0.7 이하인 것이 적당하지만, 0.65 이하가 바람직하고, 0.6 이하가 특히 바람직하다.The positive electrode
이와 같이 상기 반값폭 비(A/B)가 0.7 이하인 활물질 입자(10)는 반값폭 비(A/B)가 0.7을 상회하는 종래의 활물질 입자와 비교하여, 결정의 c축 방향의 두께가 보다 두껍고, 또한 c축에 직교하는 방향의 두께가 보다 얇아진다. 그로 인해, Li 이온이 삽입 가능한 면이 증대되고, 또한 결정 내의 이온 확산 거리가 짧아진다. 이러한 구성의 활물질 입자에 의하면, 결정 내부로의 Li 이온의 확산이 빠르기 때문에, 충전 시에는 결정의 내부로부터 Li 이온이 방출되기 쉽고, 방전 시에는 Li 이온이 결정의 내부까지 흡수되기 쉽다. 따라서, 상기와 같은 반값폭 비(A/B)를 갖는 정극 활물질 입자를 채용함으로써, 리튬 이차 전지의 출력 특성(특히 저 SOC 영역에 있어서의 출력 특성)을 향상시킬 수 있다.As described above, the
<반값폭 비(A/B)>≪ Half width ratio (A / B) >
여기서 개시되는 정극 활물질 입자로서는, 상기 반값폭 비(A/B)가 0.45≤(A/B)≤0.7을 만족하는 것이 바람직하고, 0.45≤(A/B)≤0.65를 만족하는 것이 더 바람직하며, 0.45≤(A/B)≤0.6을 만족하는 것이 특히 바람직하다. 그 한편, 상기 반값폭 비(A/B)가 0.45를 하회하는 활물질 입자는, 생성(합성)이 어려워지는 것에 추가로 결정 성장(특히 c축에 수직인 방향으로의 성장)이 불충분해지기 때문에, 고온 보존 시에 활물질 중의 메탈이 전해액 중에 용출될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 전해액 중에 메탈이 용출되면 전지 용량이 저하되는 원인으로 될 수 있다. 고온 보존 시의 용량 열화를 억제하는 관점에서는, 0.45≤(A/B)≤0.7(특히 0.5≤(A/B)≤0.7)을 만족하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 반값폭 비(A/B)가 0.5 이상 0.7 이하(특히 0.55 이상 0.65 이하)의 활물질 입자가, 출력 특성의 향상과 고온 보존 열화의 억제를 양립한다는 관점에서 적당하다.As the positive electrode active material particle described herein, it is preferable that the above half-width ratio (A / B) satisfies 0.45? (A / B)? 0.7 and more preferably satisfies 0.45? (A / B)? 0.65 , And particularly preferably 0.45? (A / B)? 0.6. On the other hand, the active material particles having a half width ratio (A / B) of less than 0.45 have difficulty in producing (synthesizing) crystal growth (in particular, growth in a direction perpendicular to the c axis) , The metal in the active material may be eluted into the electrolytic solution at the time of high-temperature preservation. If the metal is eluted in the electrolyte, the battery capacity may be lowered. (A / B)? 0.7 (particularly 0.5? (A / B)? 0.7) from the viewpoint of suppressing deterioration of capacity at high temperature storage. For example, the active material particles having a half-width ratio (A / B) of 0.5 or more and 0.7 or less (particularly 0.55 or more and 0.65 or less) are suitable from the viewpoints of both improving output characteristics and suppressing high-temperature storage deterioration.
또한, 상기 반값폭 비(A/B)의 조절은, 다양한 방법에 의해 행할 수 있다. 예를 들어, 반값폭 비(A/B)를 보다 작게 하는 방법으로서: 여기에 개시되는 리튬 전이 금속 산화물을 합성할 때의 원료(후술하는 전이 금속 수산화물과 리튬 화합물을 포함하는 미소성의 혼합물)에 있어서의 Li/Mall을 보다 크게 한다; 상기 합성 시의 소성 온도를 보다 낮게 한다; 상기 합성 시의 소성 시간을 보다 짧게 한다; 상기 원료에 첨가 원소로서의 텅스텐(W)을 소량 첨가한다; 등의 방법을 예시할 수 있다. 이들 방법은, 단독으로, 혹은 적절히 조합하여 채용할 수 있다.Further, the adjustment of the half width ratio (A / B) can be performed by various methods. For example, as a method for further reducing the half width ratio (A / B): a method for reducing the half width ratio (A / B) to a raw material (a mixture of a transition metal hydroxide and a non- the larger the Li / M all in more; The firing temperature at the time of synthesis is lowered; The firing time at the time of synthesis is made shorter; A small amount of tungsten (W) as an additive element is added to the raw material; And the like can be exemplified. These methods can be employed singly or in appropriate combination.
<중공 구조><Hollow structure>
이러한 정극 활물질 입자(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 2차 입자(14)와 그 내측에 형성된 중공부(16)를 갖는 중공 구조로서, 그 2차 입자(14)에 외부로부터 중공부(16)까지 관통하는 관통 구멍(18)이 형성된 구멍이 형성된 중공 활물질 입자이다. 2차 입자(14)는 전술한 바와 같은 결정을 포함하는 1차 입자(12)가 구형상으로 집합한 형태를 갖는다. 바람직한 일 형태에서는, 활물질 입자(10)는 그 단면 SEM(Scanning Electron Microscope) 상에 있어서, 1차 입자(12)가 환 형상(염주형)으로 연결된 형태를 갖는다. 이러한 활물질 입자(10)는 1차 입자가 단독(단층)으로 연결된 형태이어도 되고, 2개 이상의 1차 입자가 겹쳐져(다층으로) 연결된 형태이어도 된다. 2개 이상의 1차 입자가 겹쳐져 연결된 형태를 채용하는 경우, 1차 입자(12)의 적층수는, 대략 5개 이하(예를 들어 2 내지 5개)인 것이 바람직하고, 대략 3개 이하(예를 들어 2 내지 3개)인 것이 보다 바람직하다. 실질적으로 1차 입자(12)가 단층으로 연결된 형태를 채용하는 것이 특히 바람직하다.1, the positive electrode
이와 같이 1차 입자(12)가 단층 또는 다층으로 연결된 중공 활물질 입자(10: 2차 입자)는, 내부에 공동이 없는 치밀 구조에 비하여 1차 입자(12)의 응집이 적다. 그로 인해, 입자 내의 입계가 적어(나아가서는 Li 이온의 확산 거리가 보다 짧아), 입자 내부로의 Li 이온의 확산이 더 빠르다. 따라서, 이와 같은 입계가 적은 중공 활물질 입자(10)를 사용하면, 전술한 반값폭 비(A/B)의 규정에 의해 결정 내부로의 Li 이온의 확산이 빠른 것과 어울려(상승 효과에 의해), 리튬 이차 전지의 출력 특성을 현저히 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 활물질 내부로의 이온 확산이 율속으로 되는 저 SOC 영역(예를 들어, SOC가 30% 이하일 때)에 있어서도 양호한 출력을 나타내는 리튬 이차 전지가 구축될 수 있다.As described above, the hollow active material particles (10: secondary particles) in which the
또한, 본 발명자들의 검토에 의하면, 상기 반값폭 비(A/B)를 여기에 개시되는 바람직한 범위로 규정함에 따른 저 SOC 영역에서의 출력 향상에 대해서는, 내부에 공동이 없는 치밀 구조의 활물질 입자를 사용한 경우에서는 동일 정도의 효과를 얻을 수 없는 점이 후술하는 시험예에 의해 확인되었다. 따라서, 상기 반값폭 비(A/B)의 규정과, 중공 구조의 활물질 입자를 조합하여 적용함으로써, 이러한 조합에 의한 상승 효과로서, 저 SOC 영역(예를 들어, SOC가 27%일 때)의 출력 특성이 크게 향상된 리튬 이차 전지가 제공될 수 있다.Further, according to the study by the inventors of the present invention, the improvement in the output in the low SOC region by defining the above-mentioned half-width ratio (A / B) to the preferable range described herein is that the active material particles of dense structure And the same degree of effect can not be obtained when used. Therefore, by applying the above-described half-width ratio (A / B) specification and the hollow structure active material particles in combination, it is possible to obtain a synergistic effect by the combination of the low SOC region (for example, when the SOC is 27% A lithium secondary battery having greatly improved output characteristics can be provided.
<쉘부의 평균 두께><Average thickness of shell part>
이 경우, 중공부(16)를 둘러싸는 쉘부(15)(1차 입자(12)가 구형상으로 집합한 부분)의 평균 두께는, 예를 들어 2.2㎛ 이하가 적당하며, 보다 바람직하게는 1.5㎛ 이하이면 된다. 쉘부(15)의 두께가 얇으면 얇을수록, Li 이온의 확산 거리가 보다 짧고, 또한 쉘부(15) 내부로의 Li 이온의 확산이 빨라진다. 그로 인해, 보다 내부 저항(특히 저 SOC 영역에 있어서의 내부 저항)이 낮은 것으로 될 수 있다. 쉘부(15)의 평균 두께의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 대체로 0.1㎛ 이상이면 된다. 쉘부(15)의 평균 두께를 0.1㎛ 이상으로 함으로써, 정극 활물질 입자(10)에 필요한 강도가 얻어진다. 정극 활물질 입자(10)는 Li 이온의 방출과 흡수가 반복되면, 팽창과 수축이 발생한다. 이러한 팽창 수축에 대해서도 충분한 강도를 확보할 수 있다. 이로 인해, 정극 활물질 입자(10)의 내구성이 향상되고, 리튬 이차 전지의 성능이 경시적으로 안정될 수 있다. 내부 저항 저감 효과와 내구성을 양립시키는 관점에서는, 쉘부(15)의 평균 두께가 대략 0.1㎛ 내지 2.2㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2㎛ 내지 1.5㎛이며, 특히 바람직하게는 0.5㎛ 내지 1㎛이다.In this case, the average thickness of the shell portion 15 (the portion where the
또한, 상기 쉘부의 평균 두께는, 정극 활물질 입자의 단면을 SEM으로 관찰 함으로써 파악할 수 있다. 예를 들어, 정극 활물질 입자의 임의의 단면 SEM 상에 있어서, 쉘부(15)의 내측면(15a)의 임의의 위치 k에 있어서의 쉘부(15)의 두께를, 상기 쉘부(15)의 내측면(15a)의 임의의 위치 k로부터 쉘부(15)의 외측면(15b)으로의 최단 거리 T(k)라 한다. 쉘부(15)의 평균 두께의 값은, 예를 들어 적어도 10개소의 내측면의 임의의 위치 k에 대하여 상기 두께를 파악하고, 그들 산술 평균값을 구함으로써 얻어진다.The average thickness of the shell portion can be grasped by observing the cross section of the positive electrode active material particles with an SEM. The thickness of the
<1차 입자의 평균 입경>≪ Average particle diameter of primary particles &
또한, 바람직한 쉘부(15)의 평균 두께는, 1차 입자(12)의 평균 입경에 따라서도 서로 다를 수 있다. 통상적으로는, 쉘부(15)의 평균 두께가 1차 입자(12)의 평균 입경의 5배 이하인 것이 바람직하고, 대략 4배 이하(예를 들어 대략 2배 이하)인 것이 보다 바람직하다. 여기에 개시되는 정극 활물질 입자를 구성하는 1차 입자의 평균 입경은, 대략 0.1㎛ 내지 0.6㎛의 범위에 있는 것일 수 있다. 평균 입경이 대략 0.2㎛ 내지 0.5㎛의 1차 입자인 것이 바람직하다. 이러한 형태에 의하면, 쉘부(15)의 평균 두께가 매우 얇으므로, 전술한 효과가 보다 적절히 발휘될 수 있다. 또한, 1차 입자의 평균 입경은, 당해 분야에서 공지된 방법, 예를 들어 활물질의 표면 SEM 측정에 의해 파악할 수 있다.In addition, the average thickness of the
<2차 입자의 평균 입경>≪ Average particle diameter of secondary particles &
정극 활물질 입자(10)의 평균 입경(여기서는 메디안 직경(D50)을 말한다. 이하, 동일)은 대략 2㎛ 내지 25㎛인 것이 바람직하다. 이러한 구성을 갖는 정극 활물질 입자(10)에 의하면, 양호한 전지 성능을 보다 안정적으로 발휘할 수 있다. 예를 들어, 평균 입경이 너무 작으면, 중공부(16)의 용적이 작기 때문에, 전지 성능을 향상시키는 효과가 저하 경향이 될 수 있다. 평균 입경이 대략 3㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 정극 활물질 입자의 생산성 등의 관점에서는, 평균 입경이 대략 25㎛ 이하인 것이 바람직하고, 대략 15㎛ 이하(예를 들어 대략 10㎛ 이하)인 것이 보다 바람직하다. 바람직한 일 형태에서는, 정극 활물질 입자의 평균 입경이 대략 3㎛ 내지 10㎛이다. 또한, 정극 활물질 입자의 평균 입경은 당해 분야에서 공지된 방법, 예를 들어 레이저 회절 산란법에 기초하는 측정에 의해 구할 수 있다.It is preferable that the average particle diameter of the positive electrode active material particles 10 (here, median diameter D50, hereinafter the same) is approximately 2 to 25 占 퐉. According to the positive electrode
<관통 구멍><Through hole>
이러한 정극 활물질 입자(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 2차 입자(14)(쉘부(15))에 외부로부터 중공부(16)까지 관통하는 관통 구멍(18)을 갖는다. 이러한 정극 활물질 입자(10)에 의하면, 관통 구멍(18)을 통하여 중공부(16)와 외부에서 전해액이 왕래하기 쉬워져서, 중공부(16)의 전해액이 적당히 교체된다. 이로 인해, 중공부(16) 내에서 전해액이 부족한 액 고갈이 발생하기 어렵다. 이로 인해, 중공부(16) 내부에서, 정극 활물질의 1차 입자(12)가 보다 활발히 활용될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 전술한 반값폭 비(A/B)의 규정에 의해 결정 내부로의 Li 이온의 확산이 빠른 점과, 그 결정을 포함하는 1차 입자(12)에 전해액이 빨리 골고루 퍼지는 것과 어울려(상승 효과에 의해), 이차 전지의 출력 특성(특히 저 SOC 영역에 있어서의 출력 특성)을 더 향상시킬 수 있다.The positive electrode
이 경우, 정극 활물질층의 평균에 있어서, 관통 구멍(18)의 개구 폭 h가 평균 0.01㎛ 이상이면 된다. 여기서, 관통 구멍(18)의 개구 폭은, 상기 관통 구멍(18)이 정극 활물질 입자(10)의 외부로부터 중공부(16)에 이르는 경로에서 가장 좁은 부분에 있어서의 지름 길이이다. 관통 구멍(18)의 개구 폭이 평균 0.01㎛ 이상이면 관통 구멍(18)을 통하여 외부로부터 중공부(16)에 전해액(90: 도 3 참조)이 충분히 들어갈 수 있다. 이에 의해, 리튬 이차 전지의 전지 성능을 향상시키는 효과를 보다 적절히 발휘할 수 있다. 또한, 복수의 관통 구멍(18)이 있는 경우에는, 복수의 관통 구멍(18) 중, 가장 큰 개구 폭을 갖는 관통 구멍으로 평가하면 된다. 또한, 관통 구멍(18)의 개구 폭 h는 평균 2.0㎛ 이하, 보다 바람직하게는 평균 1.0㎛ 이하, 더 바람직하게는 평균 0.5㎛ 이하이어도 된다.In this case, the opening width h of the through
또한, 관통 구멍(18)의 수는, 정극 활물질 입자(10)의 1 입자당 평균 1 내지 20개 정도이어도 되고, 보다 바람직하게는, 평균 1 내지 5개 정도이어도 된다. 이러한 구조의 정극 활물질 입자(10)에 의하면, 양호한 전지 성능을 보다 안정적으로 발휘할 수 있다. 또한, 구멍이 형성된 중공 구조의 정극 활물질 입자(10)의 관통 구멍(18)의 수는, 예를 들어 임의로 선택한 적어도 10개 이상의 정극 활물질 입자에 대하여 1 입자당 관통 구멍 수를 파악하고, 그들 산술 평균값을 구하면 된다.The number of the through
<리튬 전이 금속 산화물의 조성><Composition of Lithium Transition Metal Oxide>
여기에 개시되는 정극 활물질 입자를 구성하는 리튬 전이 금속 산화물은, 리튬을 가역적으로 흡장 및 방출 가능한 층상 결정 구조의 리튬 전이 금속 산화물일 수 있다. 층상 결정 구조의 리튬 전이 금속 산화물로서는, 상기 전이 금속으로서 적어도 니켈을 포함하는 산화물(니켈 함유 리튬 복합 산화물), 적어도 코발트를 포함하는 산화물, 적어도 망간을 포함하는 산화물 등이 예시된다.The lithium transition metal oxide constituting the positive electrode active material particle described herein may be a lithium transition metal oxide having a layered crystal structure capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium. Examples of the lithium transition metal oxide having a layered crystal structure include an oxide (nickel-containing lithium composite oxide) containing at least nickel, an oxide containing at least cobalt, and an oxide containing at least manganese as the transition metal.
층상 결정 구조의 리튬 전이 금속 산화물의 하나의 바람직한 예로서, 적어도 니켈을 구성 원소로서 포함하는 니켈 함유 리튬 복합 산화물을 들 수 있다. 이러한 니켈 함유 리튬 복합 산화물은, Li 및 Ni 이외에, 다른 1종 또는 2종 이상의 금속 원소(즉, 리튬 및 니켈 이외의 전이 금속 원소 및/또는 전형 금속 원소)를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 니켈, 코발트 및 망간을 구성 원소로서 포함하는 니켈 함유 리튬 복합 산화물이어도 된다. 이들 전이 금속 원소 중 주성분이 Ni이거나, 혹은 Ni과 Co와 Mn을 대체로 동일 정도의 비율로 함유하는 니켈 함유 리튬 복합 산화물이 바람직하다.As a preferable example of the lithium transition metal oxide having a layered crystal structure, a nickel-containing lithium composite oxide containing at least nickel as a constituent element may be mentioned. Such a nickel-containing lithium composite oxide may contain one or more other metal elements other than Li and Ni (that is, a transition metal element other than lithium and nickel and / or a typical metal element). For example, it may be a nickel-containing lithium composite oxide containing nickel, cobalt and manganese as constituent elements. Among these transition metal elements, a nickel-containing lithium composite oxide in which the main component is Ni, or Ni, Co, and Mn are contained in substantially the same ratio is preferable.
또한, 이들 전이 금속 원소 외에, 부가적인 구성 원소(첨가 원소)로서, 다른1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 것이어도 된다. 이러한 부가적인 원소로서는, 주기율표의 1족(나트륨 등의 알칼리 금속), 2족(마그네슘, 칼슘 등의 알칼리 토류 금속), 4족(티타늄, 지르코늄 등의 전이 금속), 6족(크롬, 텅스텐 등의 전이 금속), 8족(철 등의 전이 금속), 13족(반금속 원소인 붕소, 혹은 알루미늄과 같은 금속) 및 17족(불소와 같은 할로겐)에 속하는 어느 쪽인가의 원소를 포함할 수 있다. 전형예로서, W, Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B 및 F가 예시된다. 특히, 텅스텐(W)을 첨가 원소로서 포함하는 화합물인 것이 바람직하다. W을 첨가 원소로서 포함함으로써, 전술한 반값폭 비(A/B)를 여기에 개시되는 바람직한 범위로 용이하게 제어할 수 있다. 이들 부가적인 구성 원소는, 니켈, 코발트 및 망간의 구성 전이 금속 원소의 20몰% 이하, 바람직하게는 10몰% 이하의 비율로 첨가될 수 있다.In addition to these transition metal elements, one or more other elements may be included as additional constituent elements (addition elements). Examples of such additional elements include Group 1 (alkali metal such as sodium), Group 2 (alkaline earth metals such as magnesium and calcium), Group 4 (transition metals such as titanium and zirconium), Group 6 (chromium, tungsten, etc.) (Transition metal of transition metal), group 8 (transition metal such as iron), group 13 (a metal such as boron or aluminum), and group 17 (halogen such as fluorine) have. As typical examples, W, Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B and F are exemplified. Particularly, a compound containing tungsten (W) as an additive element is preferable. By including W as an additive element, it is possible to easily control the above-described half width ratio (A / B) to the preferable range disclosed herein. These additional constituent elements may be added in a proportion of 20 mol% or less, preferably 10 mol% or less of the constituent transition metal elements of nickel, cobalt and manganese.
여기에 개시되는 정극 활물질 입자를 구성하는 층상 결정 구조 리튬 전이 금속 산화물의 바람직한 조성으로서, 하기 일반식 I:As a preferable composition of the layered crystal structure lithium transition metal oxide constituting the positive electrode active material particles described herein,
<식 I><Formula I>
Li1 + xNiyCozMn(1-y-z)WαMβO2 Li 1 + x Ni y Co z Mn (1- y z ) W 留 M 硫 O 2
로 표현되는 LiNiCoMnW 산화물이 예시된다. 여기서, 상기 식 I에 있어서, M은, Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B 및 F를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소일 수 있다. x는, 0≤x≤0.2를 만족하는 실수일 수 있다. y는, 0.1<y<0.9를 만족하는 실수일 수 있다. z는, 0.1<z<0.4를 만족하는 실수일 수 있다. α는, 0.0005≤α≤0.01을 만족하는 실수인 것이 바람직하다. 바람직한 일 형태에서는, 0.001≤α≤0.01이다. β는, 0≤β≤0.01을 만족하는 실수일 수 있다. β가 실질적으로 0(즉, M을 실질적으로 함유하지 않는 산화물)이어도 된다. 또한, 본 명세서 중의 리튬 전이 금속 산화물을 나타내는 화학식에서는, 편의상, O(산소)의 조성비를 2로서 나타내고 있지만 엄밀하지 않으며, 다소의 조성의 변동(전형적으로는 1.95 이상 2.05 이하의 범위에 포함됨)을 허용하는 것이다.≪ RTI ID = 0.0 > LiNiCoMnW < / RTI > In the formula I, M may be one or more elements selected from the group consisting of Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, have. x may be a real number satisfying 0? x? 0.2. y may be a real number satisfying 0.1 < y < 0.9. z may be a real number satisfying 0.1 < z < 0.4. ? is a real number satisfying 0.0005??? 0.01. In one preferred form, 0.001??? 0.01. ? can be a real number satisfying 0??? 0.01. beta] is substantially 0 (that is, an oxide substantially not containing M). In the chemical formulas representing the lithium transition metal oxide in this specification, although the composition ratio of O (oxygen) is represented as 2 for convenience, it is not strict, and variations in the composition (typically in the range of 1.95 to 2.05) .
<리튬 전이 금속 산화물의 제조 방법><Method for producing lithium transition metal oxide>
여기에 개시되는 어느 하나의 중공 활물질 입자는, 예를 들어 상기 활물질 입자를 구성하는 리튬 전이 금속 산화물에 포함되는 전이 금속 원소 중 적어도 1개(바람직하게는, 상기 산화물에 포함되는 리튬 이외의 금속 원소의 전부)를 포함하는 수성 용액으로부터, 상기 전이 금속의 수산화물을 적절한 조건으로 석출시켜서, 그 전이 금속 수산화물과 리튬 화합물을 혼합하여 소성하는 방법에 의해 제조될 수 있다.Any one of the hollow active material particles disclosed herein may be formed by using, for example, at least one transition metal element contained in the lithium transition metal oxide constituting the active material particle (preferably, a metal element other than lithium contained in the oxide , The transition metal hydroxide is precipitated under appropriate conditions, and the transition metal hydroxide and the lithium compound are mixed and calcined.
이하, 이러한 활물질 입자 제조 방법의 일 실시 형태에 대하여, 층상 결정 구조의 LiNiCoMnW 산화물을 포함하는 중공 활물질 입자를 제조하는 경우를 예로서 상세히 설명하지만, 이 제조 방법의 적용 대상을 이러한 조성의 중공 활물질 입자로 한정하는 의도는 아니다. 예를 들어, W을 첨가하지 않은 LiNiCoMn 산화물에 의해, 상기 반값폭 비(A/B)의 소정 범위를 만족하는 활물질 입자를 제조할 수도 있다. 이 경우, 상기 반값폭 비(A/B)의 소정 범위를 만족하도록, 후술하는 Li/Mall, 소성 온도 및 소성 시간의 각 조건을 적절히 조정하면 된다.Hereinafter, a method for producing a hollow active material particle containing a LiNiCoMnW oxide having a layered crystal structure will be described in detail as an example, with reference to an embodiment of the active material particle producing method, The present invention is not limited thereto. For example, active material particles satisfying the predetermined range of the half-width ratio (A / B) can be produced by using LiNiCoMn oxide without W added thereto. In this case, the respective conditions of Li / M all , firing temperature and firing time to be described later may be appropriately adjusted so as to satisfy the predetermined range of the half width ratio (A / B).
<원료 수산화물 생성 공정>≪ raw material hydroxide production step &
여기에 개시되는 활물질 입자 제조 방법은, 전이 금속 화합물의 수성 용액에 암모늄이온(NH4 +)을 공급하여, 상기 수성 용액으로부터 전이 금속 수산화물의 입자를 석출시키는 공정(원료 수산화물 생성 공정)을 포함한다. 상기 수성 용액을 구성하는 용매(수성 용매)는 전형적으로는 물이며, 물을 주성분으로 하는 혼합 용매이어도 된다. 이 혼합 용매를 구성하는 물 이외의 용매로서는, 물과 균일하게 혼합할 수 있는 유기 용매(저급 알코올 등)가 바람직하다. 상기 전이 금속 화합물의 수성 용액(이하, 「전이 금속 용액」이라고도 함)은 제조 목적인 활물질 입자를 구성하는 리튬 전이 금속 산화물의 조성에 따라서, 상기 리튬 전이 금속 산화물을 구성하는 전이 금속 원소(여기서는 Ni, Co, Mn 및 W) 중 적어도 1개(바람직하게는 전부)를 포함한다. 예를 들어, 수성 용매 중에 Ni 이온, Co 이온, Mn 이온 및 W 이온을 공급할 수 있는 1종 또는 2종 이상의 화합물을 포함하는 전이 금속 용액을 사용한다. Ni, Co 및 Mn의 금속 이온원으로 되는 화합물로서는, 상기 금속의 황산염, 질산염, 염화물 등을 적절히 채용할 수 있다. 예를 들어, 수성 용매(바람직하게는 물)에 황산 니켈, 황산 코발트 및 황산 망간이 용해된 조성의 전이 금속 용액을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, W의 금속 이온원으로 되는 화합물로서는, 예를 들어 텅스텐산염 나트륨을 바람직하게 사용할 수 있다.The method for producing an active material particle described herein includes a step of supplying ammonium ion (NH 4 + ) to an aqueous solution of a transition metal compound to precipitate particles of a transition metal hydroxide from the aqueous solution (a raw hydroxide producing step) . The solvent (aqueous solvent) constituting the aqueous solution is typically water and may be a mixed solvent mainly composed of water. As a solvent other than the water constituting the mixed solvent, an organic solvent (such as a lower alcohol) which can be mixed with water uniformly is preferable. The aqueous solution of the transition metal compound (hereinafter also referred to as a " transition metal solution ") may be a transition metal element constituting the lithium transition metal oxide (here, Ni, Co, Mn, and W). For example, a transition metal solution containing one or more compounds capable of supplying Ni ions, Co ions, Mn ions and W ions into an aqueous solvent is used. As the metal ion source of Ni, Co and Mn, sulfates, nitrates, chlorides and the like of the above metals can be suitably employed. For example, a transition metal solution of a composition in which nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate are dissolved in an aqueous solvent (preferably water) can be preferably used. As the compound to be a metal ion source of W, for example, sodium tungstate can be preferably used.
상기 NH4 +은, 예를 들어 NH4 +을 포함하는 수성 용액(전형적으로는 수용액)의 형태로 상기 전이 금속 용액에 공급되어도 되고, 상기 전이 금속 용액에 암모니아 가스를 직접 불어 넣음으로써 공급되어도 되며, 이들 공급 방법을 병용하여도 된다. NH4 +을 포함하는 수성 용액은, 예를 들어 NH4 +원으로 될 수 있는 화합물(수산화암모늄, 질산암모늄, 암모니아 가스 등)을 수성 용매에 용해시킴으로써 제조할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 수산화암모늄 수용액(즉 암모니아수)의 형태로 NH4 +을 공급한다.The NH 4 + may be supplied to the transition metal solution in the form of an aqueous solution (typically an aqueous solution) containing, for example, NH 4 + , or may be supplied by blowing ammonia gas directly into the transition metal solution , These feeding methods may be used in combination. An aqueous solution containing NH 4 + is, for example, be prepared by dissolving the compound, which may be the original NH 4 + (ammonium hydroxide, ammonium nitrate, ammonia gas or the like) in an aqueous solvent. In this embodiment, NH 4 + is supplied in the form of an aqueous solution of ammonium hydroxide (that is, ammonia water).
상기 원료 수산화물 생성 공정은, pH 12 이상(전형적으로는 pH 12 이상 14 이하, 예를 들어 pH 12.2 이상 13 이하), 또한 NH4 + 농도 25g/L 이하(전형적으로는 3 내지 25g/L)의 조건하에서 상기 전이 금속 용액으로부터 전이 금속 수산화물을 석출시키는 단계(핵 생성 단계)를 포함할 수 있다. 상기 pH 및 NH4 + 농도는, 상기 암모니아수와 알칼리제(액성을 알칼리성으로 기울게 하는 작용이 있는 화합물)의 사용량을 적절하게 밸런스시킴으로써 조정할 수 있다. 알칼리제로서는, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을, 전형적으로는 수용액의 형태로 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 수산화나트륨 수용액을 사용한다. 또한, 본 명세서 중에 있어서, pH의 값은, 액온 25℃를 기준으로 하는 pH값을 말하는 것으로 한다.The raw material hydroxide generation process,
상기 원료 수산화물 생성 공정은, 또한, 상기 핵 생성 단계에서 석출한 전이 금속 수산화물의 핵(전형적으로는 입자상)을 pH 12 미만(전형적으로는 pH 10 이상 12 미만, 바람직하게는 pH 10 이상 11.8 이하, 예를 들어 pH 11 이상 11.8 이하), 또한 NH4 + 농도 1g/L 이상, 바람직하게는 3g/L 이상(전형적으로는 3 내지 25g/L)으로 성장시키는 단계(입자 성장 단계)를 포함할 수 있다. 통상은, 핵 생성 단계의 pH에 대하여, 입자 성장 단계의 pH를 0.1 이상(전형적으로는 0.3 이상, 바람직하게는 0.5 이상, 예를 들어 0.5 내지 1.5 정도) 낮게 하는 것이 적당하다.The raw hydroxide producing step may further comprise a step of dissolving the nuclei (typically, particulate) of the transition metal hydroxide precipitated in the nucleating step to a pH of less than 12 (typically,
상기 pH 및 NH4 + 농도는, 핵 생성 단계와 마찬가지로 하여 조정할 수 있다. 이 입자 성장 단계는, 상기 pH 및 NH4 + 농도를 만족하도록 행해짐으로써, 바람직하게는 상기 pH에 있어서 NH4 + 농도를 15g/L 이하(예를 들어 1 내지 15g/L, 전형적으로는 3 내지 15g/L), 보다 바람직하게는 10g/L 이하(예를 들어 1 내지 10g/L, 전형적으로는 3 내지 10g/L)의 범위로 함으로써, 전이 금속 수산화물(여기서는, Ni, Co, Mn 및 W을 포함하는 복합 수산화물)의 석출 속도가 빨라져서, 여기에 개시되는 구멍이 형성된 중공 활물질 입자의 형성에 적합한 원료 수산화물 입자(환언하면, 구멍이 형성된 중공 구조의 소성물을 형성하기 쉬운 원료 수산화물 입자)를 생성할 수 있다. 즉, 여기에서 개시되는 기술에서는, 핵 생성 단계와 입자 성장 단계에서 전이 금속 용액의 pH 및 암모니아 농도(암모늄이온 농도)를 적절히 조정함으로써, 입자 성장 단계에 있어서의 전이 금속 수산화물(여기서는 NiCoMnW(OH)2)의 석출 속도를, 핵 생성 단계에 있어서의 전이 금속 수산화물(여기서는 NiCoMnW(OH)2)의 석출 속도보다도 빨리한다. 이것에 의해, 전구체가 되는 전이 금속 수산화물의 입자의 외표면 근방부의 밀도를, 전이 금속 수산화물의 입자의 내부 밀도보다도 높게 한다.The pH and NH 4 + concentration can be adjusted in the same manner as the nucleation step. A particle growth step, by haenghaejim to satisfy the above pH and NH 4 + concentration, and preferably, for example, NH 4 + than the 15g / L concentration (in the
상기 입자 성장 단계에 있어서의 NH4 + 농도를 7g/L 이하(예를 들어 1 내지 7g/L, 보다 바람직하게는 3 내지 7g/L)로 하여도 된다. 입자 성장 단계에 있어서의 NH4 + 농도는, 예를 들어 핵 생성 단계에 있어서의 NH4 + 농도와 대체로 동일 정도로 하여도 되고, 핵 생성 단계에 있어서의 NH4 + 농도보다 낮게 하여도 된다. 또한, 전이 금속 수산화물의 석출 속도는, 예를 들어 반응액에 공급되는 전이 금속 용액에 포함되는 전이 금속 이온의 합계 몰 수에 대하여 반응액의 액상 중에 포함되는 전이 금속 이온의 합계 몰 수(합계 이온 농도)의 추이를 조사함으로써 파악될 수 있다.The concentration of NH 4 + in the grain growing step may be 7 g / L or less (for example, 1 to 7 g / L, more preferably 3 to 7 g / L). The NH 4 + concentration in the grain growth step may be, for example, substantially the same as the NH 4 + concentration in the nucleation step, or may be lower than the NH 4 + concentration in the nucleation step. The rate of precipitation of the transition metal hydroxide can be controlled by adjusting the total number of moles of transition metal ions contained in the liquid phase of the reaction solution (the total molar amount of the transition metal ions included in the transition metal ion supplied to the reaction liquid Concentration) of the sample.
핵 생성 단계 및 입자 성장 단계의 각각에 있어서, 반응액의 온도는, 대체로 30℃ 내지 60℃의 범위의 거의 일정 온도(예를 들어, 소정의 온도 ±1℃)로 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 핵 생성 단계와 입자 성장 단계에서 반응액의 온도를 동일 정도로 하여도 된다. 또한, 반응액 및 반응조 내의 분위기는, 핵 생성 단계 및 입자 성장 단계를 통하여 비산화성 분위기로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 반응액에 포함되는 Ni 이온, Co 이온 및 Mn 이온의 합계 몰 수(합계 이온 농도)는 핵 생성 단계 및 입자 성장 단계를 통하여, 예를 들어 대략 0.5 내지 2.5몰/L로 할 수 있고, 대략 1.0 내지 2.2몰/L로 하는 것이 바람직하다. 또한, 반응액에 포함되는 W 이온의 몰 수(이온 농도)는 핵 생성 단계 및 입자 성장 단계를 통하여, 예를 들어 대략 0.01 내지 1.0몰/L로 할 수 있다. 이러한 이온 농도가 유지되도록, 전이 금속 수산화물의 석출 속도에 맞춰서 전이 금속 용액을 보충(전형적으로는 연속 공급)하면 된다. 반응액에 포함되는 Ni 이온, Co 이온, Mn 이온 및 W 이온의 양은, 목적물인 활물질 입자의 조성(즉, 상기 활물질 입자를 구성하는 LiNiCoMnW 산화물에 있어서의 Ni, Co, Mn, W의 몰비)에 대응하는 양비로 하는 것이 바람직하다.In each of the nucleation step and the particle growth step, the temperature of the reaction solution is preferably controlled to be a substantially constant temperature (for example, a predetermined temperature ± 1 ° C) in a range of approximately 30 ° C to 60 ° C. The temperature of the reaction liquid may be the same in the nucleation step and the particle growth step. Further, it is preferable that the reaction liquid and the atmosphere in the reaction tank are maintained in a non-oxidizing atmosphere through the nucleation step and the particle growth step. The total molar number (total ion concentration) of Ni ions, Co ions and Mn ions contained in the reaction solution can be, for example, about 0.5 to 2.5 mol / L through the nucleation step and the grain growth step, And it is preferably approximately 1.0 to 2.2 mol / L. The molar number (ion concentration) of the W ions contained in the reaction solution can be, for example, about 0.01 to 1.0 mol / L through the nucleation step and the grain growth step. In order to maintain such an ion concentration, the transition metal solution may be supplemented (typically, continuously supplied) in accordance with the precipitation rate of the transition metal hydroxide. The amounts of Ni ions, Co ions, Mn ions, and W ions contained in the reaction solution are preferably set such that the composition of the target active material particles (that is, the molar ratio of Ni, Co, Mn, and W in the LiNiCoMnW oxide constituting the active material particles) It is preferable to use a corresponding amount.
<W의 첨가량><Addition amount of W>
전술한 바와 같이, 여기에서 개시되는 중공 활물질 입자(LiNiCoMnW 산화물)는 상기 활물질 입자의 CuKα선을 사용한 분말 X선 회절 패턴에 있어서, (003)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 0.7 이하인 1차 입자를 포함하는 것이며, 이러한 반값폭 비(A/B)를 실현하는 바람직한 조건의 하나로서, 텅스텐의 함유량(첨가량)이 상기 전이 금속 수산화물에 포함되는 텅스텐 이외의 모든 전이 금속 원소(여기서는 Ni, Co 및 Mn)의 합계를 몰 백분율로 100몰%라 하였을 때에, 0.05몰% 내지 1몰%로 되도록 각 금속 이온원을 혼합하여 제조하는 것을 들 수 있다.As described above, the hollow active material particle (LiNiCoMnW oxide) disclosed herein has a half width A of the diffraction peak obtained by the (003) plane in the powder X-ray diffraction pattern using the CuK? Line of the active material particle, (A / B) of the half width B of the diffraction peak obtained by the plane (A) is not more than 0.7. One of preferable conditions for realizing such half width ratio A / B is that the content of tungsten (Addition amount) of the transition metal hydroxide is from 0.05 mol% to 1 mol%, when the total amount of all the transition metal elements (here, Ni, Co and Mn) other than tungsten contained in the transition metal hydroxide is 100 mol% And an ion source are mixed.
바람직하게는, 텅스텐의 함유량이 다른 모든 전이 금속 원소의 합계에 대하여 0.1몰% 내지 1몰%로 되도록 W 이온원을 다른 금속 이온원과 혼합하면 된다. 이에 의해, 후술하는 소성 공정에 있어서, 결정의 c축에 직교하는 방향의 성장이 적절하게 억제되어, 전술한 반값폭 비(A/B)가 소정값을 만족하는 활물질 입자로 할 수 있다.Preferably, the W ion source is mixed with another metal ion source such that the content of tungsten is 0.1 mol% to 1 mol% with respect to the total amount of all the transition metal elements. Thus, in the firing step to be described later, the growth of the crystal in the direction orthogonal to the c-axis can be appropriately suppressed, and the active material particles having the half-width ratio (A / B) described above satisfy the predetermined value.
한편, 텅스텐의 함유량이 1몰%를 대폭 상회하도록 대량으로 첨가하면, 텅스텐이 활물질의 입계에 너무 편석해버려서 저항 증대를 야기하기 때문에, 바람직하지 않다.On the other hand, if a large amount of tungsten is added so that the content of tungsten is much larger than 1 mol%, tungsten is excessively segregated at the grain boundaries of the active material, causing an increase in resistance.
<혼합 공정><Mixing Process>
본 실시 형태에서는, 이와 같이 하여 생성한 전이 금속 수산화물 입자(여기서는, Ni, Co, Mn 및 W을 포함하는 복합 수산화물 입자)를 반응액으로부터 분리하고, 세정하여 건조시킨다. 그리고, 이 전이 금속 수산화물 입자와 리튬 화합물을 원하는 양비로 혼합하여 미소성의 혼합물을 제조한다(혼합 공정). 이 혼합 공정에서는, 전형적으로는, 목적물인 활물질 입자의 조성(즉, 상기 활물질 입자를 구성하는 LiNiCoMnW 산화물에 있어서의 Li, Ni, Co, Mn, W의 몰비)에 대응하는 양비로, 리튬 화합물과 전이 금속 수산화물 입자를 혼합한다. 상기 리튬 화합물로서는, 가열에 의해 용해하고, 산화물로 될 수 있는 리튬 화합물, 예를 들어 탄산리튬, 수산화리튬 등을 바람직하게 사용할 수 있다.In the present embodiment, the transition metal hydroxide particles thus produced (here, complex hydroxide particles containing Ni, Co, Mn and W) are separated from the reaction solution, washed and dried. Then, the transition metal hydroxide particles and the lithium compound are mixed in a desired ratio to prepare an unfavorable mixture (mixing step). In this mixing step, typically, a lithium compound and a lithium compound are mixed in a ratio corresponding to the composition of the target active material particle (that is, the molar ratio of Li, Ni, Co, Mn, and W in the LiNiCoMnW oxide constituting the active material particle) The transition metal hydroxide particles are mixed. As the lithium compound, a lithium compound which can be dissolved by heating and become an oxide, for example, lithium carbonate, lithium hydroxide, or the like can be preferably used.
<Li/Mall의 몰비>≪ Molar ratio of Li / M all >
여기서 개시되는 반값폭 비(A/B)를 실현하는 다른 바람직한 조건의 하나로서, 전이 금속 수산화물과 리튬 화합물을 포함하는 미소성의 혼합물을, 리튬(Li)과 다른 모든 구성 금속 원소의 합계(Mall)의 몰비(Li/Mall)가 1.05 내지 1.2의 범위로 되도록 리튬 과잉으로 제조하는 것을 들 수 있다. 바람직하게는, 리튬(Li)과 다른 모든 구성 금속 원소의 합계(Mall)의 몰비가 1.1≤Li/Mall≤1.2로 되도록, 리튬 화합물을 비교적 과잉으로 전이 금속 수산화물 입자와 혼합하면 된다. 이에 의해, 상기 혼합물을 소성하였을 때에, c축에 직교하는 방향의 결정 성장이 억제되어, 전술한 반값폭 비(A/B)가 소정값을 만족하는 활물질 입자로 할 수 있다.As another preferable condition for realizing the half width ratio (A / B) disclosed here, a mixture of microcrystalline compounds containing a transition metal hydroxide and a lithium compound is mixed with lithium (Li) and a total of all the constituent metal elements ( Mall ) Is in the range of 1.05 to 1.2 in terms of the molar ratio (Li / M all ). Preferably, the molar ratio of the sum of lithium (Li) and all the other constituent metal elements (M all) so as to 1.1≤Li / M all ≤1.2, is by mixing a lithium compound and a transition metal hydroxide particles with a relatively excessive. As a result, crystal growth in a direction orthogonal to the c-axis can be suppressed when the mixture is calcined, and the active material particles having the above-mentioned half-width ratio (A / B) can satisfy the predetermined value.
한편, Li과 Mall의 몰비(Li/Mall)가 1.2를 대폭 상회하도록 리튬 화합물을 대량으로 혼합하면, 층상 결정 구조의 LiNiCoMnW 산화물을 구성하지 않는 과잉 리튬 성분(알칼리 성분)이 활물질 중에 잔류하기 때문에 바람직하지 않다.On the other hand, to remain in the Li and M all molar ratio (Li / M all) is by mixing a lithium compound so as to significantly exceed 1.2 by mass, the excess of lithium component which does not constitute a LiNiCoMnW oxide of a layered crystal structure (alkali components) is active in the Which is undesirable.
<소성 공정>≪ Firing step &
상기한 바와 같이 Li/Mall이 1.05 이상으로 되도록, 리튬 화합물과 전이 금속 수산화물 입자를 혼합한 후, 상기 혼합물을 소성함으로써 활물질 입자를 얻는다(소성 공정). 이 소성 공정은, 대기 중이나 대기보다도 산소가 풍부한 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 소성 온도 및 소성 시간은, 전술한 반값폭 비(A/B)의 소정값을 실현한다는 관점에서 하나의 중요한 팩터이다.As described above, the lithium compound and transition metal hydroxide particles are mixed so that Li / Mall is 1.05 or more, and then the mixture is calcined to obtain active material particles (firing step). This firing step is preferably carried out in an atmosphere richer in oxygen than air or atmosphere. The firing temperature and firing time are one important factor in terms of realizing a predetermined value of the above-mentioned half width ratio (A / B).
<소성 조건><Firing conditions>
바람직하게는, 산화 분위기 중에 있어서 700℃ 이상 1000℃ 이하의 범위 내에 최고 소성 온도를 결정한다. 이에 의해, 소결 시에 c축에 직교하는 방향의 결정 성장이 억제되어, 전술한 반값폭 비(A/B)가 0.7 이하를 만족하는 활물질 입자를 제조할 수 있다. 최고 소성 온도가 800℃ 이상(바람직하게는 850℃ 내지 1000℃, 예를 들어 850℃ 내지 950℃)으로 되도록 행해지는 것이 바람직하다. 이 범위의 최고 소성 온도에 의하면, 전술한 반값폭 비(A/B)가 0.45 이상 0.7 이하를 만족하는 활물질 입자를 제조할 수 있다. 또한, 소성 시간(최고 소성 온도에서의 소성 시간)은 대체로 3시간 내지 20시간(바람직하게는 5시간 내지 20시간, 특히 바람직하게는 10시간 내지 20시간)으로 하면 된다. 소성 시간이 너무 길면, 소결 시에 결정이 너무 성장하기 때문에, 전술한 반값폭 비(A/B)가 0.7을 초과해버리는 경우가 있으며, 한편 소성 시간이 너무 짧으면, 소결 시에 결정의 성장이 불충분해지기 때문에, 전술한 반값폭 비(A/B)가 0.45를 하회하는 경우가 있다.Preferably, the maximum firing temperature is determined in the range of 700 DEG C to 1000 DEG C in the oxidizing atmosphere. Thereby, crystal growth in a direction orthogonal to the c-axis at the time of sintering is suppressed, and active material particles satisfying the above-mentioned half width ratio (A / B) of 0.7 or less can be produced. It is preferable that the maximum firing temperature is set to be 800 DEG C or higher (preferably 850 DEG C to 1000 DEG C, for example, 850 DEG C to 950 DEG C). According to the maximum firing temperature in this range, active material particles satisfying the above-mentioned half width ratio (A / B) of 0.45 or more and 0.7 or less can be produced. The firing time (firing time at the maximum firing temperature) may be generally from 3 hours to 20 hours (preferably from 5 hours to 20 hours, particularly preferably from 10 hours to 20 hours). When the sintering time is too long, the crystal grows excessively at the time of sintering, so that the half width ratio (A / B) described above may exceed 0.7. On the other hand, if the sintering time is too short, The above-mentioned half width ratio (A / B) may be less than 0.45.
바람직한 일 형태에서는, 상기 혼합물을 700℃ 이상 900℃ 이하의 온도 T1(즉 700℃≤T1≤900℃, 예를 들어 700℃≤T1≤800℃, 전형적으로는 700℃≤T1 <800℃)에서 소성하는 제1 소성 단계와, 그 제1 소성 단계를 거친 결과물을 800℃ 이상 1000℃ 이하의 온도 T2(즉 800℃≤T2≤1000℃, 예를 들어 850℃≤T2≤950℃)에서 소성하는 제2 소성 단계를 포함하는 형태로 행한다. 이와 같은 다단계의 소성 스케줄에 의해 혼합물을 소성함으로써, 상기 반값폭 비(A/B)가 소정값으로 되는 중공 활물질 입자를 보다 효율적으로 형성할 수 있다. T1 및 T2는, T1<T2로 되도록 설정하는 것이 바람직하다.In a preferred form, the mixture is heated at a temperature T1 of 700 ° C or higher and 900 ° C or lower (i.e. 700 ° C?
제1 소성 단계와 제2 소성 단계는, 연속시켜도(예를 들어, 상기 혼합물을 제1 소성 온도 T1로 유지한 후, 계속해서 제2 소성 온도 T2까지 승온하여 상기 온도T2로 유지하여도) 되며, 혹은 제1 소성 온도 T1로 유지한 후, 일단 냉각(예를 들어, 상온까지 냉각)하고, 필요에 따라서 해쇄와 체분류를 행하고 나서 제2 소성 단계에 제공하여도 된다.The first sintering step and the second sintering step may be performed continuously (for example, even after the mixture is maintained at the first sintering temperature T1 and subsequently heated to the second sintering temperature T2 and maintained at the temperature T2) , Or may be maintained at the first firing temperature T1 and then once cooled (for example, to a room temperature), and subjected to crushing and sieving if necessary, and then provided to the second firing step.
또한, 여기에 개시되는 기술에 있어서, 상기 제1 소성 단계는, 목적으로 하는 리튬 전이 금속 산화물의 소결 반응이 진행되면서 융점 이하의 온도 영역으로서 제2 소성 단계보다도 낮은 온도 T1에서 소성하는 단계로서 파악할 수 있다. 또한, 상기 제2 소성 단계는, 목적으로 하는 리튬 전이 금속 산화물의 소결 반응이 진행되면서 융점 이하의 온도 영역으로서 제1 소성 단계보다도 높은 온도 T2에서 소성하는 단계로서 파악할 수 있다. T1과 T2의 사이에는 50℃ 이상(전형적으로는 100℃ 이상, 예를 들어 150℃ 이상)의 온도차를 설정하는 것이 바람직하다.Further, in the technique described here, the first firing step is a step of firing at a temperature T1 lower than the melting point, which is lower than the temperature of the second firing step, as the sintering reaction of the target lithium transition metal oxide proceeds . The second firing step can be understood as a step of firing at a temperature T2 lower than the melting point and higher than the first firing step as the sintering reaction of the target lithium transition metal oxide proceeds. It is preferable to set a temperature difference between T1 and T2 of 50 DEG C or higher (typically 100 DEG C or higher, for example, 150 DEG C or higher).
상기와 같은 소성 공정에 의해 얻어진 리튬 전이 금속 산화물(LiNiCoMnW 산화물)을, 바람직하게는 냉각 후, 밀링 가공 등에 의해 분쇄하고 적당히 분급함으로써, 활물질 입자를 얻을 수 있다. 여기서, 정극 활물질 입자의 전구체인 전이 금속 수산화물의 입자는, 내부의 밀도가 작고, 외표면 근방부의 밀도가 크다. 이로 인해, 소성 공정에 있어서, 전구체인 전이 금속 수산화물의 입자 중 밀도가 작은 내부가, 밀도가 높고 기계 강도가 강한 외표면 근방부에 도입되도록 소결한다. 이로 인해, 정극 활물질 입자(10)의 쉘부(15)가 형성됨과 함께, 중공부(16)가 형성된다. 또한, 소결 시에 결정이 성장할 때에 쉘부(15)의 일부에 쉘부(15)를 관통한 관통 구멍(18)이 형성된다. 이에 의해, 도 1에 도시한 바와 같이, 쉘부(15)와, 중공부(16)와, 관통 구멍(18)을 갖는 정극 활물질 입자(10)가 형성된다.The lithium transition metal oxide (LiNiCoMnW oxide) obtained by the above-described firing step is preferably pulverized by cooling, milling, or the like, and then classified to obtain active material particles. Here, the particles of the transition metal hydroxide, which is a precursor of the positive electrode active material particles, have a small inner density and a large density near the outer surface. Thus, in the sintering step, sintering is performed such that the inside of the particles of the transition metal hydroxide, which is a precursor, having a small density is introduced into the vicinity of the outer surface having high density and high mechanical strength. As a result, the
이러한 정극 활물질 입자(10)는 바람직한 일 형태로서, 전술한 활물질 입자(10)의 BET 비표면적을, 대략 0.5㎡/g 내지 1.9㎡/g 정도로 하는 것이 가능하다. 활물질 입자(10)의 BET 비표면적은, 보다 바람직하게는, 대략 0.6㎡/g 이상, 더 바람직하게는, 대략 0.8㎡/g 이상으로 하여도 된다. 또한, 활물질 입자(10)의 BET 비표면적은, 예를 들어 대략 1.7㎡/g 이하, 더 바람직하게는 1.5㎡/g 이하로 하여도 된다.Such a positive electrode
또한, 이러한 활물질 입자(10)는 다른 제법(예를 들어, 분무 소성 제법(스프레이 드라이 제법이라고도 칭해짐))과 비교하여도 단단하고, 형태 안정성이 높은 활물질 입자(10)가 얻어진다. 활물질 입자(10)는 예를 들어 직경 50㎛의 평면 다이아몬드 압자를 사용하여 부하 속도 0.5mN/초 내지 3mN/초의 조건으로 행해지는 다이내믹 경도 측정에 있어서, 평균 경도가 0.5MPa 이상이다. 여기서, 평균 경도란, 직경 50㎛의 평면 다이아몬드 압자를 사용하여 부하 속도 0.5mN/초 내지 3mN/초의 조건으로 행해지는 다이내믹 경도 측정에 의해 얻어지는 값을 말한다. 이와 같이, 중공 구조이면서 평균 경도가 높은(환언하면, 형상 유지성이 높은) 활물질 입자는, 보다 높은 성능을 안정적으로 발휘하는 전지를 제공하는 것일 수 있다. 이로 인해, 예를 들어 내부 저항이 낮고(환언하면, 출력 특성이 좋고), 또한 충방전 사이클(특히, 하이 레이트에서의 방전을 포함하는 충방전 사이클)에 의해서도 저항의 상승이 적은 리튬 이차 전지를 구축하는데도 기여할 수 있다.In addition, the
이러한 활물질 입자(10)의 제조에서는, 특히, 전이 금속 용액이 니켈을 포함하고 있으면 된다. 전이 금속 용액이 니켈을 포함하고 있는 경우, 핵 생성 단계, 입자 성장 단계에서 전이 금속 수산화물이 석출할 때에, 미소한 1차 입자가 복수 집합한 2차 입자의 형태로, 전이 금속 수산화물의 입자가 생성된다. 또한, 소성 시의 온도 범위에 있어서, 이러한 전이 금속 수산화물의 1차 입자의 형상을 대체로 유지하면서 결정이 성장한다. 또한, 전이 금속 용액이 니켈을 전혀 포함하고 있지 않으며, 코발트를 포함하고 있고, 소성에 의해 코발트산리튬(LiCoO2)의 입자가 생성되는 경우에는, 1차 입자의 형상을 유지할 수 없어, 입자 전체가 소결되어버린다. 이로 인해, 전술한 바와 같은 중공부(16)를 갖는 활물질 입자(10: 도 1 참조)를 얻기 어렵다.In the production of such
여기에 개시되는 기술에서는, 전술한 바와 같이, CuKα선을 사용한 분말 X선 회절 패턴에 있어서, (003)회절면 피크의 반값폭 A와, (104)회절면 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 0.7 이하인 중공 활물질 입자를 정극 활물질로서 이용함으로써 특징지어진다. 따라서, 여기서 개시되는 정극 활물질 입자를 사용하는 이외에는, 종래와 마찬가지의 재료와 프로세스를 채용하여 리튬 이차 전지를 구축할 수 있다.In the technique disclosed herein, as described above, in the powder X-ray diffraction pattern using the CuK? Ray, the ratio (A) of the half width A of the (003) diffraction surface peak to the half width B / B) of 0.7 or less is used as the positive electrode active material. Therefore, except for using the positive electrode active material particles described above, a lithium secondary battery can be constructed by employing the same materials and processes as those of the conventional art.
예를 들어, 여기에서 개시되는 정극 활물질 입자에, 도전재로서 아세틸렌 블랙(AB), 케첸 블랙 등의 카본 블랙이나 그 밖(그래파이트 등)의 분말 상태 카본 재료를 혼합할 수 있다. 또한, 정극 활물질과 도전재 외에, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔러버(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 결착재(바인더)를 첨가할 수 있다. 이들을 적당한 분산 매체에 분산시켜서 혼련함으로써, 정극 활물질층 형성용 조성물을 제조할 수 있다. 이 조성물을, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 합금으로 구성되는 정극 집전체 위에 적당량 도포하고 나아가 건조 및 프레스함으로써, 리튬 이차 전지용 정극을 제작할 수 있다.For example, carbon black such as acetylene black (AB), ketjen black or the like, powdery carbon material such as graphite or the like may be mixed with the positive electrode active material particle described herein as a conductive material. A binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), polytetrafluoroethylene (PTFE), and carboxymethyl cellulose (CMC) may be added in addition to the positive electrode active material and the conductive material have. They may be dispersed in an appropriate dispersion medium and kneaded to prepare a composition for forming a positive electrode active material layer. The positive electrode for a lithium secondary battery can be produced by applying the composition in an appropriate amount onto a positive electrode current collector made of aluminum or an alloy mainly composed of aluminum, followed by drying and pressing.
한편, 대향 전극으로 되는 리튬 이차 전지용 부극은, 종래와 마찬가지의 방법에 의해 제작할 수 있다. 예를 들어 부극 활물질로서는, 리튬 이온을 흡장하면서 방출 가능한 재료이면 된다. 전형예로서 흑연(그래파이트) 등을 포함하는 분말 상태의 탄소 재료를 들 수 있다. 특히 흑연 입자는, 입경이 작고 단위 체적당 표면적이 크기 때문에 보다 급속 충방전(예를 들어 고출력 방전)에 적합한 부극 활물질로 될 수 있다.On the other hand, a negative electrode for a lithium secondary battery, which serves as a counter electrode, can be manufactured by the same method as the conventional one. For example, the negative electrode active material may be a material capable of releasing lithium ions while occluding the lithium ions. As a typical example, a powdered carbon material including graphite (graphite) and the like can be given. Particularly, since graphite particles are small in particle size and have a large surface area per unit volume, they can be made into a negative electrode active material suitable for rapid charge / discharge (for example, high output discharge).
그리고 정극과 마찬가지로, 이러한 분말 상태 재료를 적당한 결착재(바인더)와 함께 적당한 분산 매체에 분산시켜서 혼련함으로써, 페이스트 상태의 부극 활물질층 형성용 조성물을 제조할 수 있다. 이 조성물을, 바람직하게는 구리나 니켈 혹은 그들 합금으로 구성되는 부극 집전체 위에 적당량 도포하면서 건조 및 프레스 함으로써, 리튬 이차 전지용 부극을 제작할 수 있다.The paste-like composition for forming the negative electrode active material layer can be prepared by dispersing and kneading such powdery material together with an appropriate binder (binder) in a suitable dispersion medium, like the positive electrode. The negative electrode for a lithium secondary battery can be produced by drying and pressing the composition while applying an appropriate amount to a negative electrode current collector made of copper or nickel or an alloy thereof, preferably.
여기서 개시되는 리튬 전이 금속 산화물을 정극 활물질에 사용하는 리튬 이차 전지에 있어서, 종래와 마찬가지의 세퍼레이터를 사용할 수 있다. 예를 들어 폴리올레핀 수지를 포함하는 다공질의 시트(다공질 필름) 등을 사용할 수 있다.In the lithium secondary battery using the lithium transition metal oxide described above as a positive electrode active material, a separator similar to the conventional one can be used. For example, a porous sheet (porous film) containing a polyolefin resin or the like can be used.
또한, 전해질로서는 종래부터 리튬 이차 전지에 사용되는 비수계의 전해질(전형적으로는 전해액)과 마찬가지의 것을 특별히 한정 없이 사용할 수 있다. 전형적으로는, 적당한 비수 용매에 지지염을 함유시킨 조성이다. 상기 비수 용매로서는, 예를 들어 프로필렌카르보네이트(PC), 에틸렌카르보네이트(EC), 디에틸카르보네이트(DEC), 디메틸카르보네이트(DMC), 에틸메틸카르보네이트(EMC) 등을 포함하는 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 지지염으로서는, 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2, LiC(CF3SO2)3, LiI 등에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 리튬 화합물(리튬염)을 사용할 수 있다.As the electrolyte, there can be used the same non-aqueous electrolyte (typically, an electrolyte) conventionally used in a lithium secondary battery, without particular limitation. Typically, it is a composition comprising a support salt in a suitable non-aqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate May be used alone or in combination of two or more. Examples of the support salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiI, and the like can be used.
또한, 여기에서 개시되는 리튬 전이 금속 산화물을 정극 활물질로서 사용하는 구성이 채용되는 한에 있어서, 구축되는 리튬 이차 전지의 형상(외형이나 크기)에는 특별히 제한은 없다. 외장이 라미네이트 필름 등으로 구성되는 박형 시트 타입이어도 되고, 전지 외장 케이스가 원통 형상이나 직육면체 형상의 전지이어도 되며, 혹은 소형의 버튼 형상이어도 된다.There is no particular limitation on the shape (external shape and size) of the lithium secondary battery to be constructed as long as a configuration using the lithium transition metal oxide as the positive electrode active material is adopted. The battery case may have a cylindrical shape or a rectangular parallelepiped shape, or may be a small button shape.
이하, 권회 전극체를 구비하는 리튬 이차 전지를 예로 하여, 여기에서 개시되는 정극 활물질의 사용 형태를 설명하지만, 본 발명의 구성을, 이러한 실시 형태에 한정하는 것을 의도한 것은 아니다.Hereinafter, the use of the positive electrode active material described here will be described as an example of a lithium secondary battery having a wound electrode body, but the configuration of the present invention is not intended to be limited to these embodiments.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 리튬 이차 전지(100)는 긴 형상의 정극 시트(30)와 긴 형상의 부극 시트(20)가 긴 형상의 세퍼레이터(40)를 개재하여 편평하게 감긴 형태의 전극체(80: 권회 전극체)가, 비수 전해액(도시생략)과 함께, 상기 권회 전극체(80)를 수용할 수 있는 형상(편평한 상자형)의 용기(50)에 수용된 구성을 갖는다.3, the
용기(50)는 상단부가 개방된 편평한 직육면체 형상의 용기 본체(52)와, 그 개구부를 막는 덮개(54)를 구비한다. 용기(50)를 구성하는 재질로서는, 알루미늄, 스틸 등의 금속 재료가 바람직하게 사용된다(본 실시 형태에서는 알루미늄). 또는, 폴리페닐렌술피드 수지(PPS), 폴리이미드 수지 등의 수지 재료를 성형하여 이루어지는 용기(50)이어도 된다. 용기(50)의 상면(즉 덮개(54))에는, 권회 전극체(80)의 정극과 전기적으로 접속하는 정극 단자(70) 및 상기 전극체(80)의 부극(20)과 전기적으로 접속하는 부극 단자(72)가 설치되어 있다. 용기(50)의 내부에는, 편평 형상의 권회 전극체(80)가 비수 전해액(도시생략)과 함께 수용된다.The
상기 구성의 권회 전극체(80)를 구성하는 재료 및 부재 자체는, 정극 활물질로서 본 실시 형태의 방법에 의해 얻어진 리튬 전이 금속 산화물을 채용하는 이외, 종래의 리튬 이차 전지의 전극체와 마찬가지이어도 되며, 특별히 제한은 없다. 본 실시 형태에 따른 권회 전극체(80)는 도 4에 도시한 바와 같이, 권회 전극체(80)를 조립하는 전 단계에 있어서 긴 형상(띠 형상)의 시트 구조를 갖고 있다.The material constituting the
정극 시트(30)는 긴 시트 형상의 박 형상의 정극 집전체(32)의 양면에 정극 활물질을 포함하는 정극 활물질층(34)이 보유된 구조를 갖고 있다. 단, 정극 활물질층(34)은 정극 시트(30)의 폭 방향의 한쪽 측부 테두리부(도 4에서는 상측의 측부 테두리부 부분)에는 부착되지 않고, 정극 집전체(32)를 일정한 폭으로 노출시킨 정극 활물질층 비형성부가 형성되어 있다. 부극 시트(20)도 정극 시트(30)와 마찬가지로, 긴 시트 형상의 박 형상의 부극 집전체(22)의 양면에 부극 활물질을 포함하는 부극 활물질층(24)이 보유된 구조를 갖고 있다. 단, 부극 활물질층(24)은 부극 시트(20)의 폭 방향의 한쪽 측부 테두리부(도 4에서는 하측의 측부 테두리부 부분)에는 부착되지 않고, 부극 집전체(22)를 일정한 폭으로 노출시킨 부극 활물질층 비형성부가 형성되어 있다.The
권회 전극체(80)를 제작할 때에는, 정극 시트(30)와 부극 시트(20)가 세퍼레이터(40)를 개재하여 적층된다. 이때, 정극 시트(30)의 정극 활물질층 비형성 부분과 부극 시트(20)의 부극 활물질층 비형성 부분이 세퍼레이터(40)의 폭 방향의 양측으로부터 각각 비어져 나오도록, 정극 시트(30)와 부극 시트(20)를 폭 방향으로 약간 어긋나게 적층한다. 이와 같이 적층된 적층체를 감고, 이어서 얻어진 권회체를 측면 방향으로부터 짓눌러 찌그러지게 함으로써 편평 형상의 권회 전극체(80)가 제작될 수 있다.In producing the
권회 전극체(80)의 권회 축방향에 있어서의 중앙 부분에는, 권회 코어 부분(82)(즉 정극 시트(30)의 정극 활물질층(34)과 부극 시트(20)의 부극 활물질층(24)과 세퍼레이터(40)가 밀하게 적층된 부분)이 형성된다. 또한, 권회 전극체(80)의 권회 축방향의 양단부에는, 정극 시트(30) 및 부극 시트(20)의 전극 활물질층 비형성 부분이 각각 권회 코어 부분(82)으로부터 외측으로 비어져 나와 있다. 이러한 정극측 비어져 나온 부분(84: 즉 정극 활물질층(34)의 비형성 부분) 및 부극측 비어져 나온 부분(86: 즉 부극 활물질층(24)의 비형성 부분)에는, 정극 리드 단자(74) 및 부극 리드 단자(76)가 각각 부설되어 있으며, 전술한 정극 단자(70) 및 부극 단자(72)와 각각 전기적으로 접속된다.The wound core portion 82 (that is, the positive electrode
이러한 구성의 권회 전극체(80)를 용기 본체(52)에 수용하고, 그 용기 본체(52) 내에 적당한 비수 전해액(90)을 배치(주액)하고, 권회 전극체(80)에 스며들게 한다. 그리고, 용기 본체(52)의 개구부를 덮개(54)와의 용접 등에 의해 밀봉함으로써, 본 실시 형태에 따른 리튬 이차 전지(100)의 구축(조립)이 완성된다. 또한, 용기 본체(52)의 밀봉 프로세스나 전해액의 배치(주액) 프로세스는, 종래의 리튬 이차 전지의 제조에서 행해지고 있는 방법과 마찬가지로 하여 행할 수 있다. 그 후, 상기 전지의 컨디셔닝(초기 충방전)을 행한다. 필요에 따라서 가스 배출이나 품질 검사 등의 공정을 행하여도 된다.The
이하의 시험예에 있어서, 여기에서 개시되는 정극 활물질 입자를 사용하여 시험용 리튬 이차 전지를 구축하고, 그 성능 평가를 행하였다.In the following test examples, a lithium secondary battery for test was constructed using the positive electrode active material particles described herein, and the performance thereof was evaluated.
(시험예 1)(Test Example 1)
<중공 구조를 갖는 활물질 입자(샘플 1 내지 16)의 제조>≪ Production of Active Material Particles Having Hollow Structure (
오버플로우 파이프를 구비하고 조 내 온도 40℃로 설정된 반응조 내에, 이온 교환수를 넣고, 교반하면서 질소 가스를 유통시켜서, 상기 이온 교환수를 질소 치환함과 함께 반응조 내를 산소가스(O2) 농도 2.0%의 비산화성 분위기로 조정하였다. 이어서, 25% 수산화나트륨 수용액과 25% 암모니아수를, 액온 25℃를 기준으로 하여 측정하는 pH가 12.0으로 되고, 또한 액중 NH4 + 농도가 15g/L로 되도록 첨가하였다.In a reaction vessel provided and set to a temperature within 40 ℃ tank the overflow pipe, into the ion-exchanged water, stirring by flowing nitrogen gas, the ion-nitrogen substitution box and the reactor oxygen gas with the exchange (O 2) concentration And adjusted to a non-oxidizing atmosphere of 2.0%. Subsequently, 25% sodium hydroxide aqueous solution and 25% ammonia water were added so that the pH measured at 25 ° C was 12.0 and the NH 4 + concentration in the solution was 15 g / L.
황산 니켈, 황산 코발트 및 황산 망간을, Ni:Co:Mn의 몰비가 0.33:0.33:0.33으로 되고, 또한 이들 금속 원소의 합계 몰 농도가 1.8몰/L로 되도록 물에 용해시켜서, 혼합 수용액 W1을 제조하였다. 또한, 텅스텐산 나트륨을 텅스텐 원소의 몰 농도가 0.05몰/L로 되도록 물에 용해시켜서, 혼합 수용액 W2를 제조하였다. 이 혼합 수용액 W1과 혼합 수용액 W2와 25% NaOH 수용액과 25% 암모니아수를 상기 반응조 내에 일정 속도로 공급함으로써, 반응액을 pH 12.5, NH4 + 농도 5g/L로 제어하면서, 상기 반응액으로부터 NiCoMnW 복합 수산화물을 정석시켰다(핵 생성 단계). 또한, 샘플 1에서는, 상기 반응액에 포함되는 텅스텐의 함유량(W 첨가량)은 상기 반응액 중의 텅스텐 이외의 모든 전이 금속 원소(여기서는 Ni, Co, Mn)의 합계를 몰 백분율로 100몰%라 하였을 때, 0.5몰%로 되도록 조절하였다.Nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were dissolved in water such that the molar ratio of Ni: Co: Mn was 0.33: 0.33: 0.33 and the total molar concentration of these metal elements was 1.8 mol / L, . Further, sodium tungstate was dissolved in water so that the molar concentration of the tungsten element was 0.05 mol / L to prepare a mixed aqueous solution W2. By supplying a mixed aqueous solution W1 and the mixed aqueous solution W2 with 25% NaOH aqueous solution and 25% aqueous ammonia at a constant rate into the reaction tank, while controlling the reaction solution was pH 12.5, NH 4 + concentration 5g / L, NiCoMnW compound from the reaction solution The hydroxide was crystallized (nucleation step). In
상기 혼합 수용액의 공급 개시부터 2분 30초 경과한 부분에서, 25% NaOH 수용액의 공급을 정지하였다. 상기 혼합 수용액 및 25% 암모니아수에 대해서는 계속해서 일정 속도로 공급을 행하였다. 반응액의 pH가 11.6까지 저하된 후, 25% NaOH 수용액의 공급을 재개하였다. 그리고, 반응액을 pH 11.6 또한 NH4 + 농도 5g/L로 제어하면서, 상기 혼합 수용액, 25% NaOH 수용액 및 25% 암모니아수를 공급하는 조작을 4시간 계속하여 NiCoMnW 복합 수산화물 입자를 성장시켰다(입자 성장 단계). 그 후, 생성물을 반응조로부터 취출하고, 수세하여 건조시켰다. 이와 같이 하여, Ni0 .33Co0 .33Mn0 .33W0 .005(OH)2+α(여기서, 식 중의 α는 0≤α≤0.5임)로 표현되는 조성의 복합 수산화물 입자를 얻었다.The supply of the aqueous 25% NaOH solution was stopped at a portion where 2 minutes and 30 seconds elapsed from the start of the supply of the mixed aqueous solution. The mixed aqueous solution and 25% ammonia water were continuously supplied at a constant rate. After the pH of the reaction solution had dropped to 11.6, the supply of aqueous 25% NaOH solution was resumed. Then, the operation of supplying the mixed aqueous solution, 25% NaOH aqueous solution, and 25% ammonia water was continued for 4 hours while controlling the reaction solution to pH 11.6 and NH 4 + concentration of 5 g / L to grow NiCoMnW complex hydroxide particles step). Thereafter, the product was taken out of the reaction tank, washed with water and dried. In this manner, Ni 0 .33 Co 0 .33 Mn 0 .33
상기 복합 수산화물 입자에 대하여 대기 분위기 중, 150℃에서 12시간의 열처리를 실시하였다. 이어서, 리튬원으로서의 Li2CO3과 상기 복합 수산화물 입자를, 리튬의 몰 수(Li)와 상기 복합 수산화물을 구성하는 Ni, Co, Mn 및 W의 총 몰 수(Mall)의 비(Li/Mall비)가 약 1.15로 되도록 혼합하였다. 이 혼합물을 760℃에서 4시간 소성하고, 이어서 950℃(최고 소성 온도)에서 20시간 소성하였다. 그 후, 소성물을 해쇄하고, 체분류를 행하였다. 이와 같이 하여, Li1 .15Ni0 .33Co0 .33Mn0 .33W0 .005O2로 표현되는 조성의 활물질 입자 샘플을 얻었다.The complex hydroxide particles were subjected to a heat treatment at 150 캜 for 12 hours in an air atmosphere. Li 2 CO 3 as the lithium source and the composite hydroxide particle were then mixed with the lithium hydroxide in the ratio of the molar number (Li) of lithium to the total molar number (M all ) of Ni, Co, Mn and W constituting the complex hydroxide (Li / M all ratio) was about 1.15. This mixture was calcined at 760 ° C for 4 hours and then calcined at 950 ° C (maximum calcination temperature) for 20 hours. Thereafter, the fired product was pulverized and sieved. Thus, an active material particle sample having a composition represented by Li 1 .15 Ni 0 .33 Co 0 .33 Mn 0 .33 W 0 .005 O 2 was obtained.
상기한 활물질 입자 샘플 제작 과정에 있어서, W 첨가량, 최고 소성 온도의 조건을 조절함으로써, 보다 구체적으로는, W 첨가량을 0몰% 내지 0.7몰%의 사이에서 서로 다르게 하고, 또한 최고 소성 온도를 750℃ 내지 1000℃의 사이에서 서로 다르게 함으로써, 표 1에 나타내는 샘플 1 내지 16의 활물질 입자를 제작하였다. 이들 활물질 입자 샘플에 대하여 표면 SEM 관찰을 행하였다. 그 결과, 어느 쪽의 활물질 입자 샘플에 있어서도, 1차 입자가 복수 집합한 2차 입자에 몇 개인가의 관통 구멍이 형성되어 있는 것이 확인되었다.More specifically, by adjusting the conditions of the W addition amount and the maximum firing temperature in the process of fabricating the above-described active material particle sample, the W addition amount is made different between 0 mol% and 0.7 mol%, and the maximum firing temperature is 750 Deg.] C to 1000 [deg.] C, thereby producing active material particles of
샘플 1 내지 16의 활물질 입자 샘플의 분말 X선 회절 패턴을 상기 방법에 의해 측정하고, 밀러 지수 (003)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 A와, 밀러 지수 (104)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 B의 비(A/B)를 산출한 바, 0.38 내지 1.12의 범위에 있는 것이 확인되었다. 얻어진 활물질 입자 샘플을 체분류하여, 평균 입경(메디안 직경 D50)을 대략 3 내지 8㎛로 하고, 비표면적을 대략 0.5 내지 1.9㎡/g의 범위로 조정하였다.The powder X-ray diffraction patterns of the samples of the active material particles of
<중실 구조의 활물질 입자(샘플 17 내지 21)의 제조>≪ Production of active material particles having a solid structure (Samples 17 to 21)
오버플로우 파이프를 구비하고 조 내 온도 40℃로 설정된 반응조 내에, 이온 교환수를 넣고, 교반하면서 질소 가스를 유통시켜서, 상기 이온 교환수를 질소 치환함과 함께 반응조 내를 산소가스(O2) 농도 2.0%의 비산화성 분위기로 조정하였다. 이어서, 25% 수산화나트륨 수용액과 25% 암모니아수를, 액온 25℃를 기준으로 하여 측정하는 pH가 12.0으로 되고, 또한 액 중 NH4 + 농도가 15g/L로 되도록 첨가하였다.In a reaction vessel provided and set to a temperature within 40 ℃ tank the overflow pipe, into the ion-exchanged water, stirring by flowing nitrogen gas, the ion-nitrogen substitution box and the reactor oxygen gas with the exchange (O 2) concentration And adjusted to a non-oxidizing atmosphere of 2.0%. Subsequently, a 25% aqueous solution of sodium hydroxide and a 25% aqueous ammonia were added so that the pH measured at 25 ° C was 12.0 and the concentration of NH 4 + in the solution was 15 g / L.
황산 니켈, 황산 코발트 및 황산 망간을, Ni:Co:Mn의 몰비가 0.33:0.33:0.33으로 되고, 또한 이들 금속 원소의 합계 몰 농도가 1.8몰/L로 되도록 물에 용해시켜서, 혼합 수용액 W1을 조정하였다. 또한, 텅스텐산 나트륨을 텅스텐 원소의 몰 농도가 0.05몰/L로 되도록 물에 용해시켜서, 혼합 수용액 W2를 제조하였다. 이 혼합 수용액 W1과 혼합 수용액 W2와 25% NaOH 수용액과 25% 암모니아수를 상기 반응조 내에, 상기 반응조 내에 석출하는 NiCoMnW 복합 수산화물 입자의 평균적인 체류 시간이 10시간으로 되는 일정 속도로 공급하고, 또한 반응액을 pH 12.0, NH4 + 농도 15g/L이 되도록 제어하여 연속적으로 정석을 시켜서, 반응조 내가 정상 상태로 된 후에, 상기 오버플로우 파이프로부터 NiCoMnW 복합 수산화물(생성물)을 연속적으로 채취하고, 수세하여 건조시켰다. 이와 같이 하여, Ni0 .33Co0 .33Mn0 .33W0 .005(OH)2+α(여기서, 식 중의 α는 0≤α≤0.5임)로 표현되는 조성의 복합 수산화물 입자를 얻었다.Nickel sulfate, cobalt sulfate and manganese sulfate were dissolved in water such that the molar ratio of Ni: Co: Mn was 0.33: 0.33: 0.33 and the total molar concentration of these metal elements was 1.8 mol / L, Respectively. Further, sodium tungstate was dissolved in water so that the molar concentration of the tungsten element was 0.05 mol / L to prepare a mixed aqueous solution W2. The mixed aqueous solution W1, the mixed aqueous solution W2, the 25% NaOH aqueous solution and the 25% ammonia water were fed into the reaction tank at a constant rate such that the average residence time of the NiCoMnW complex hydroxide particles precipitated in the reaction tank became 10 hours, Was controlled to have a pH of 12.0 and an NH 4 + concentration of 15 g / L to continuously crystallize the NiCoMnW complex hydroxide (product) continuously from the overflow pipe after the reaction tank had reached a steady state, washed with water and dried . In this manner, Ni 0 .33 Co 0 .33 Mn 0 .33
상기 복합 수산화물 입자에 대하여 대기 분위기 중, 150℃에서 12시간의 열처리를 실시하였다. 이어서, 리튬원으로서의 Li2CO3과 상기 복합 수산화물 입자를, 리튬의 몰 수(Li)와 상기 복합 수산화물을 구성하는 Ni, Co, Mn 및 W의 총 몰 수(Mall)의 비(Li:Mall)가 1.15:1로 되도록 혼합하였다. 이 혼합물을 760℃에서 4시간 소성하고, 이어서 980℃에서 20시간 소성하였다. 그 후, 소성물을 해쇄하고, 체분류를 행하였다. 이와 같이 하여, Li1 .15Ni0 .33Co0 .33Mn0 .33W0 .005O2로 표현되는 조성의 활물질 입자 샘플을 얻었다.The complex hydroxide particles were subjected to a heat treatment at 150 캜 for 12 hours in an air atmosphere. Li 2 CO 3 as a lithium source and the complex hydroxide particle are mixed in a ratio of the molar number of lithium (Li) to the total molar number (M all ) of Ni, Co, Mn and W constituting the complex hydroxide (Li: M all ) was 1.15: 1. This mixture was calcined at 760 占 폚 for 4 hours and then calcined at 980 占 폚 for 20 hours. Thereafter, the fired product was pulverized and sieved. Thus, an active material particle sample having a composition represented by Li 1 .15 Ni 0 .33 Co 0 .33 Mn 0 .33 W 0 .005 O 2 was obtained.
상기한 활물질 입자 샘플 제작 과정에 있어서, W 첨가량, 최고 소성 온도의 조건을 조절함으로써, 표 1에 나타내는 샘플 17 내지 21의 활물질 입자를 제작하였다. 이들 샘플의 외관을 상기 주사형 전자 현미경에 의해 관찰하였다. 그 결과, 어느 쪽의 샘플에 대해서도 치밀 구조인 것이 확인되었다. 또한, 이들 활물질 입자 샘플의 분말 X선 회절 패턴을 상기 방법에 의해 측정하고, 밀러 지수 (003)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 A와, 밀러 지수 (104)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 B의 비(A/B)를 산출한 바, 0.42 내지 0.85의 범위에 있는 것이 확인되었다.Active material particles of Samples 17 to 21 shown in Table 1 were prepared by controlling the conditions of the W addition amount and the maximum firing temperature in the above-mentioned process of producing the active material particle sample. The appearance of these samples was observed by the scanning electron microscope. As a result, it was confirmed that the sample was compact in both samples. The powder X-ray diffraction patterns of these active material particle samples were measured by the above method and the peak width A of the peak obtained by the diffraction surface of the Miller index (003) and the peak A obtained by the diffraction surface of the Miller index 104 (A / B) of the full width at half maximum (B) to the full width at half maximum (B) was found to be in the range of 0.42 to 0.85.
상기 샘플 1 내지 21의 활물질 입자 샘플을 사용하여 시험용 리튬 이차 전지를 구축하고, 그 성능 평가를 행하였다. 여기에서는 정극 활물질 입자만이 서로 다른 복수 샘플의 시험용 리튬 이차 전지를 구축하여, 그 성능을 비교 검토하였다.A lithium secondary battery for test was constructed using the active material particle samples of
<정극 시트><Positive electrode sheet>
상기에서 얻어진 활물질 입자 샘플과, AB(도전재)와, PVDF(결착재)를 이들 재료의 질량비가 90:8:2로 되도록 N-메틸피롤리돈(NMP)과 혼합하여, 정극 활물질층 형성용 조성물을 제조하였다. 이 정극 활물질층 형성용 조성물을 두께 15㎛의 긴 형상의 알루미늄박(정극 집전체)의 양면에 띠 형상으로 도포하여 건조함으로써, 정극 집전체의 양면에 정극 활물질층이 형성된 정극 시트를 제작하였다. 정극 활물질층용 조성물의 도포량은, 양면 합쳐서 약 11.8㎎/㎠(고형분 기준)로 되도록 조절하였다. 건조 후, 정극 활물질층의 밀도가 약 2.3g/㎤로 되도록 프레스하였다.The active material particle sample thus obtained, AB (conductive material), and PVDF (binder) were mixed with N-methylpyrrolidone (NMP) so that the mass ratio of these materials was 90: 8: 2, Lt; / RTI > The composition for forming the positive electrode active material layer was applied on both sides of a long-shaped aluminum foil (positive electrode collector) having a thickness of 15 mu m and dried to prepare a positive electrode sheet in which a positive electrode active material layer was formed on both surfaces of the positive electrode collector. The application amount of the composition for the positive electrode active material layer was adjusted to be about 11.8 mg / cm 2 (on a solid basis) on both sides. After drying, the positive electrode active material layer was pressed to have a density of about 2.3 g / cm 3.
<부극 시트>≪
부극 활물질로서의 천연 흑연 분말과, SBR과, CMC를, 이들 재료의 질량비가 98.6:0.7:0.7로 되도록 물에 분산시켜서 부극 활물질층 형성용 조성물을 제조하였다. 이 부극 활물질층 형성용 조성물을 두께 10㎛의 긴 형상의 구리박(부극 집전체)의 양면에 도포하여 건조함으로써, 부극 집전체의 양면에 부극 활물질층이 형성된 부극 시트를 제작하였다. 부극 활물질층용 조성물의 도포량은, 양면 합쳐서 약 7.5㎎/㎠(고형분 기준)로 되도록 조절하였다. 건조 후, 부극 활물질층의 밀도가 약 1.0g/㎤ 내지 1.4g/㎤로 되도록 프레스하였다.Natural graphite powder as the negative electrode active material, SBR and CMC were dispersed in water such that the mass ratio of these materials was 98.6: 0.7: 0.7, thereby preparing a composition for forming the negative electrode active material layer. The composition for forming the negative electrode active material layer was applied on both sides of a long copper foil (negative electrode collector) having a thickness of 10 mu m and dried to prepare a negative electrode sheet having negative electrode active material layers on both surfaces of the negative electrode collector. The coating amount of the composition for the negative electrode active material layer was adjusted to be about 7.5 mg / cm 2 (on a solid basis) on both sides. After drying, the negative electrode active material layer was pressed to have a density of about 1.0 g / cm 3 to 1.4 g / cm 3.
<리튬 이차 전지><Lithium secondary battery>
정극 시트 및 부극 시트를 2매의 세퍼레이터(다공질 폴리에틸렌제의 단층 구조의 것을 사용함)를 개재하여 적층하여 감고, 그 권회체를 측면 방향으로부터 짓눌러 찌그러지게 함으로써 편평 형상의 권회 전극체를 제작하였다. 이 권회 전극체를 비수 전해액과 함께 상자형의 전지 용기에 수용하고, 전지 용기의 개구부를 기밀하게 밀봉하였다. 비수 전해액으로서는, EC와 EMC와 DMC를 3:3:4의 체적비로 포함하는 혼합 용매에, 지지염으로서의 LiPF6을 약 1mol/리터의 농도로 함유시킨 것을 사용하였다. 또한, 임의로 디플루오로 인산염(LiPO2F2)과 리튬비스옥살레이트보레이트(LiBOB)를 각각 단체 또는 혼합체를 대략 0.05mol/L의 비율로 용해시킨 전해액을 사용할 수도 있다. 이와 같이 하여 리튬 이차 전지를 조립하였다. 그 후, 통상법에 의해 초기 충방전 처리(컨디셔닝)를 행하여, 시험용 리튬 이차 전지를 얻었다. 이 시험용 전지에서는, 정극의 충전 용량과, 부극의 충전 용량으로부터 산출되는 대향 용량비가 1.5 내지 1.9로 조정되어 있다.The positive electrode sheet and the negative electrode sheet were laminated and wound with two separators (using a single-layered structure made of porous polyethylene) therebetween, and the wound body was squashed from the side direction to make a flat wound electrode body. The wound electrode body was housed in a box-shaped battery container together with the nonaqueous electrolyte solution, and the opening of the battery container was hermetically sealed. As the non-aqueous electrolyte, a mixed solvent containing EC, EMC, and DMC in a volume ratio of 3: 3: 4 was used and LiPF 6 as a supporting salt was contained at a concentration of about 1 mol / liter. An electrolytic solution obtained by dissolving a mixture of a difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ) and lithium bisoxalate borate (LiBOB) in a ratio of about 0.05 mol / L may be optionally used. Thus, the lithium secondary battery was assembled. Thereafter, an initial charging / discharging treatment (conditioning) was performed by a normal method to obtain a lithium rechargeable battery for testing. In this test battery, the opposing capacity ratio calculated from the charging capacity of the positive electrode and the charging capacity of the negative electrode is adjusted to 1.5 to 1.9.
<정격 용량(초기 용량)의 측정>≪ Measurement of rated capacity (initial capacity) >
다음으로, 상기한 바와 같이 구축한 시험용 리튬 이차 전지에 대하여, 온도 25℃, 3.0V 내지 4.1V의 전압 범위에서, 다음 수순 1 내지 3에 의해 정격 용량을 측정하였다.Next, the rated capacity of the test lithium secondary battery constructed as described above was measured at a temperature of 25 캜 in a voltage range of 3.0 V to 4.1 V by the following
수순 1: 1C의 정전류로 3.0V까지 방전하고, 계속해서 2시간, 정전압으로 방전하고, 10초간 휴지한다.Procedure 1: Discharge to 3.0 V with a constant current of 1C, discharge to constant voltage for 2 hours, and stop for 10 seconds.
수순 2: 1C의 정전류로 4.1V까지 충전하고, 계속해서 2.5시간, 정전압으로 충전하고, 10초간 휴지한다.Procedure 2: Charge to 4.1 V with a constant current of 1 C, continue charging for 2.5 hours at constant voltage, and stop for 10 seconds.
수순 3: 0.5C의 정전류로 3.0V까지 방전하고, 계속해서 2시간, 정전압으로 방전하고, 10초간 정지한다.Procedure 3: Discharge to 3.0 V with a constant current of 0.5 C, discharge to constant voltage for 2 hours, and stop for 10 seconds.
그리고, 수순 3에 있어서의 정전류 방전으로부터 정전압 방전에 이르는 방전에 있어서의 방전 용량(CCCV 방전 용량)을 정격 용량(초기 용량)으로 하였다. 이 시험용 리튬 이차 전지에서는, 정격 용량이 대략 4Ah로 되었다.The discharge capacity (CCCV discharge capacity) in the discharge from the constant current discharge to the constant voltage discharge in the procedure 3 was defined as the rated capacity (initial capacity). In this test lithium secondary battery, the rated capacity was approximately 4 Ah.
<SOC 조정><SOC adjustment>
각 시험용 리튬 이차 전지에 대하여, 다음 1, 2의 수순에 의해 SOC를 조정하였다. 또한, 온도에 의한 영향을 일정하게 하기 위해서, 25℃의 온도 환경하에서 SOC 조정을 행하였다.The SOC of each test lithium secondary battery was adjusted by the procedures of the following 1 and 2. In addition, SOC adjustment was carried out under a temperature environment of 25 캜 so as to make the influence by the temperature constant.
수순 1: 3V 내지 1C의 정전류로 충전하고, 정격 용량의 대략 60%의 충전 상태(SOC 60%)로 한다. 여기서, 「SOC」는, State of Charge를 의미한다.Procedure 1: The battery is charged at a constant current of 3 V to 1 C to provide a charged state (
수순 2: 수순 1의 후, 2.5시간, 정전압으로 충전한다.Procedure 2: After the
이에 의해, 시험용 리튬 이차 전지는, 소정의 충전 상태로 조정할 수 있다.Thereby, the test lithium secondary battery can be adjusted to a predetermined charged state.
<-30℃, SOC 27%의 충전 상태에서의 출력 특성><Output characteristics at -30 ° C and SOC 27% charge>
각 시험용 리튬 이차 전지에 대하여, -30℃이고, 또한 SOC 27%인 충전 상태에서의 출력 특성을 측정하였다. 상기 출력 특성은, 이하의 수순으로 측정하였다.The output characteristics of each of the test lithium secondary batteries in a charged state of -30 캜 and an SOC of 27% were measured. The output characteristics were measured by the following procedure.
수순 1: 상온(여기서는, 25℃)의 온도 환경에 있어서, 3.0V 내지 1C의 정전류 충전으로 SOC 27%로 조정하고, 계속해서 1시간, 정전압으로 충전한다.Procedure 1: The SOC is adjusted to 27% by a constant current charge of 3.0 V to 1 C in a temperature environment of room temperature (here, 25 캜), and the battery is charged for one hour at a constant voltage.
수순 2: 상기 SOC 27%로 조정한 전지를 -30℃의 항온조에서 6시간 방치한다.Procedure 2: The battery adjusted to 27% of the SOC is allowed to stand in a thermostatic chamber at -30 캜 for 6 hours.
수순 3: 수순 2의 후, -30℃의 온도 환경에 있어서, SOC 27%로부터 정와트(W)로 방전한다. 이때, 방전 개시부터 전압이 2.0V가 될 때까지의 초 수를 측정한다.Procedure 3: After the
수순 4: 수순 3의 정와트 방전 전압을 80W 내지 200W의 조건으로 바꾸면서, 상기 수순 1 내지 3을 반복한다. 여기에서는, 수순 3의 정와트 방전 전압을, 1회째 80W, 2회째 90W, 3회째 100W…로, 정와트 방전 전압을 10W씩 올려가면서, 수순 3의 정와트 방전 전압이 200W가 될 때까지, 상기 수순 1 내지 3을 반복한다.Procedure 4: The
수순 5: 상기 수순 4에서의 정와트의 조건으로 측정된 2.0V까지의 초 수를 횡축에 취하고, 그때의 W를 종축에 취한 플롯의 근사 곡선으로부터 2초 시의 W를 출력 특성으로서 산출한다.Step 5: The horizontal axis represents the number of seconds up to 2.0 V measured under the condition of the constant wattage in the above procedure 4, and the W at 2 seconds is calculated as the output characteristic from the approximate curve of the plot obtained by taking the W as the vertical axis at that time.
이러한 출력 특성은, SOC 27% 정도의 낮은 충전량이며, -30℃라고 하는 극히 낮은 저온의 환경에 소정 시간 방치된 경우이더라도, 시험용 리튬 이차 전지를 발휘할 수 있는 출력을 나타내고 있다. 이로 인해, 상기 출력 특성은, W의 값이 높을수록, 저 SOC 상태이더라도 높은 출력을 안정적으로 얻을 수 있음을 나타내고 있다. 결과를 표 1 및 도 5에 나타낸다. 도 5는, 반값폭 비(A/B)와 출력 특성(W)의 관계를 나타내는 그래프이다.Such an output characteristic shows an output capable of exerting a test lithium secondary battery even when it is left in an environment of an extremely low temperature of -30 DEG C for a predetermined time, which is a low charge amount of about SOC 27%. As a result, the above output characteristic shows that the higher the value of W, the higher the output can be stably obtained even in the low SOC state. The results are shown in Table 1 and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the half width ratio (A / B) and the output characteristic (W).
표 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 활물질 입자에 중공부가 있는 경우이더라도 중공부가 없는 경우이더라도, 반값폭 비(A/B)가 작을수록 출력 특성은 향상되었다. 단, 활물질 입자에 중공부가 있는 경우에는, 중공부가 없는 경우에 비하여, 반값폭 비(A/B)의 변화에 대한 출력의 상승률(기울기)이 컸다. 특히 반값폭 비(A/B)가 0.7 이하인 영역에서는, 활물질 입자에 중공부를 설치함으로써, 110W 이상이라고 하는 극히 높은 출력의 값이 얻어져서, 보다 출력 성능이 우수한 것으로 되었다(샘플 1 내지 11). 이러한 점에서, 상기 반값폭 비(A/B)를 여기에 개시되는 바람직한 범위로 규정하는 것에 의한 저 SOC 영역에 있어서의 출력 향상에 대해서는, 내부에 공동이 있는 중공 구조의 활물질 입자(2차 입자)를 사용한 경우에 특히 유효하게 발휘되는 것이 확인되었다. 저 SOC 영역에 있어서의 출력 특성 향상의 관점에서는, 활물질 입자에 중공부를 설치하고, 또한 반값폭 비(A/B)를 0.7 이하로 하는 것이 적당하며, 바람직하게는 0.6 이하이고(샘플 1 내지 8), 보다 바람직하게는 0.5 이하이며(샘플 1 내지 4), 특히 바람직하게는 0.4 이하이다(샘플 1).As shown in Table 1 and FIG. 5, the output characteristics were improved as the half width ratio (A / B) was small, even when the active material particles had a hollow portion and no hollow portion. However, when the active material particle had a hollow portion, the rate of increase (slope) of the output with respect to the change of the half width ratio (A / B) was larger than when there was no hollow portion. Particularly, in the region where the half width ratio (A / B) was 0.7 or less, a very high output value of 110 W or more was obtained by providing a hollow portion in the active material particles. In view of this, in terms of improvement of the output in the low SOC region by defining the above half-width ratio (A / B) in the preferable range described herein, the hollow structure active material particles ) Was used, it was confirmed to be particularly effective. From the viewpoint of improving the output characteristics in the low SOC region, it is appropriate to provide a hollow portion in the active material particle and to set the half width ratio (A / B) to 0.7 or less, preferably 0.6 or less (
<고온 보존 내구성><High temperature preservation durability>
각 시험용 리튬 이차 전지에 대하여, SOC 80%의 충전 상태에서 60℃ 보존한 후의 용량 유지율을 측정하였다. 상기 측정은, 이하의 수순으로 행하였다.The capacity retention ratio after each of the test lithium secondary batteries was stored at 60 占 폚 in a
수순 1: 상온(여기서는, 25℃)의 온도 환경에 있어서, 1C의 정전류 충전에 의해 SOC 80%로 조정하고, 계속해서 2.5시간, 정전압으로 충전하였다.Procedure 1: The SOC was adjusted to 80% by a constant current charge of 1 C in a temperature environment of room temperature (here, 25 캜), and then charged for 2.5 hours at a constant voltage.
수순 2: 상기 SOC 80%로 조정한 전지를 60℃의 항온조에 넣고, 60일간 보존하였다.Procedure 2: The cell adjusted to the SOC of 80% was put in a thermostatic chamber at 60 캜 and stored for 60 days.
수순 3: 수순 2의 후, 전술한 「정격 용량(초기 용량)의 측정」과 마찬가지의 수순으로 용량 측정을 행하고, 이것을 60℃ 보존 후 용량으로 하였다. 그리고, 다음 식: [(60℃ 보존 후 용량/초기 용량)×100]에 의해, 60℃ 보존 후에 있어서의 용량 유지율(%)을 산출하였다. 결과를 표 1 및 도 6에 나타내었다. 도 6은, 샘플 1 내지 16의 중공 구조 활물질 입자를 사용한 전지에 대하여, 반값폭 비(A/B)와 60℃ 보존 후 용량 유지율(%)의 관계를 나타내는 그래프이다.Procedure 3: After the
표 1 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 반값폭 비(A/B)가 0.48 내지 0.71인 샘플 1 내지 12의 활물질 입자를 사용한 전지에 의하면, 60℃에서 60일간 보존한 고온 보존 시험에 있어서의 용량 유지율은 모두 90% 이상으로 양호하며, 극히 높은 내구성 성능을 나타내었다. 한편, 반값폭 비(A/B)가 0.43 이하인 샘플 1 내지 3의 활물질 입자를 사용한 전지에서는, 상기 고온 보존 시험에 있어서의 용량 유지율이 90%를 하회하고, 내구성이 부족한 것이었다. 또한, 반값폭 비(A/B)가 0.78 이상인 샘플 13 내지 16에 따른 전지는 모두 용량 유지율이 90% 미만이었다. 이러한 점에서, 고온 보존 내구 성능을 향상시키는 관점에서는, 반값폭 비(A/B)는 0.45 내지 0.75가 적당하며(샘플 4 내지 12), 바람직하게는 0.5 내지 0.70이다(샘플 5 내지 11). 출력 특성과 고온 보존 내구 성능의 양쪽을 만족시키는 관점에서는, 반값폭 비(A/B)는 0.45 내지 0.7이 적당하며(샘플 4 내지 11), 바람직하게는 0.45 내지 0.60이다(샘플 4 내지 8).As shown in Table 1 and FIG. 6, according to the battery using the active material particles of
또한, 중공 구조의 활물질 입자를 제조할 때의 제조 조건(최고 소성 온도, 소성 시간, W 첨가량, Li/Mall비)이 반값폭 비(A/B)에 미치는 영향을 확인하기 위해서, 이하의 시험을 행하였다.In order to confirm the effect of the production conditions (maximum firing temperature, firing time, W addition amount, Li / M all ratio) on the half width ratio (A / B) when the active material particles having a hollow structure were produced, Test was carried out.
(시험예 2)(Test Example 2)
본 예에서는, 전술한 샘플 1 내지 16의 중공 구조의 활물질 입자 제작 과정에 있어서, 최고 소성 온도를 700 내지 1000℃의 사이에서 서로 다르게 하여 활물질 입자를 제작하였다. 소성 시간은 20시간, W 첨가량은 0.5몰%, Li/Mall비는 1.15로 일정하게 하였다. 얻어진 활물질 입자 샘플의 분말 X선 회절 패턴을 상기 방법에 의해 측정하고, 밀러 지수 (003)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 A와, 밀러 지수 (104)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 B의 비(A/B)를 산출하였다. 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7은, 최고 소성 온도와 반값폭 비(A/B)의 관계를 나타내는 그래프이다.In this example, in the process of fabricating active material particles of the hollow structure of
도 7로부터 명백해진 바와 같이, 최고 소성 온도가 저하됨에 따라서 반값폭 비(A/B)는 저하 경향을 나타냈다. 여기서 공시한 활물질 입자 샘플의 경우, 반값폭 비(A/B)를 0.45 내지 0.7로 하기 위해서는, 최고 소성 온도를 850℃ 내지 950℃로 하는 것이 바람직하다.As apparent from Fig. 7, the half width ratio (A / B) showed a tendency to decrease as the maximum firing temperature decreased. In the case of the active material particle sample disclosed herein, it is preferable to set the maximum firing temperature to 850 캜 to 950 캜 in order to set the half width ratio (A / B) to 0.45 to 0.7.
(시험예 3)(Test Example 3)
본 예에서는, 전술한 샘플 1 내지 16의 중공 구조의 활물질 입자 제작 과정에 있어서, 소성 시간(최고 소성 온도일 때의 소성 시간을 3 내지 20시간의 사이에서 서로 다르게 하여 활물질 입자를 제작하였다. 최고 소성 온도는 950℃, W 첨가량은 0.5몰%, Li/Mall비는 1.15로 일정하게 하였다. 얻어진 활물질 입자 샘플의 분말 X선 회절 패턴을 상기 방법에 의해 측정하고, 밀러 지수 (003)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 A와, 밀러 지수 (104)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 B의 비(A/B)를 산출하였다. 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8은, 소성 시간과 반값폭 비(A/B)의 관계를 나타내는 그래프이다.In this example, in the process of fabricating active material particles of the hollow structure of
도 8로부터 명백해진 바와 같이, 소성 시간이 저하됨에 따라서 반값폭 비(A/B)는 저하 경향을 나타내었다. 여기서 공시한 활물질 입자 샘플의 경우, 반값폭 비(A/B)를 0.45 내지 0.7로 하기 위해서는, 소성 시간을 20시간 이하로 하는 것이 바람직하다.As evident from Fig. 8, the half width ratio (A / B) showed a tendency to decrease with decreasing firing time. In the case of the active material particle sample disclosed here, in order to set the half width ratio (A / B) to 0.45 to 0.7, the baking time is preferably 20 hours or less.
(시험예 4)(Test Example 4)
본 예에서는, 전술한 샘플 1 내지 16의 중공 구조의 활물질 입자 제작 과정에 있어서, W 첨가량을 0 내지 1몰%의 사이에서 서로 다르게 하여 활물질 입자를 제작하였다. 최고 소성 온도는 950℃, 소성 시간은 20시간, Li/Mall비는 1.15로 일정하게 하였다. 얻어진 활물질 입자 샘플의 분말 X선 회절 패턴을 상기 방법에 의해 측정하고, 밀러 지수 (003)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 A와, 밀러 지수 (104)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 B의 비(A/B)를 산출하였다. 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9는, W 첨가량과 반값폭 비(A/B)의 관계를 나타내는 그래프이다.In this example, active material particles were prepared by varying the amount of W added between 0 and 1 mol% in the process of fabricating active material particles of the hollow structure of
도 9로부터 명백해진 바와 같이, W의 첨가에 의해 반값폭 비(A/B)가 현저하게 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, W 첨가량이 증대됨에 따라서 반값폭 비(A/B)는 저하 경향을 나타내었다. 여기서 공시한 활물질 입자 샘플의 경우, 반값폭 비(A/B)를 0.45 내지 0.7로 하기 위해서는, W 첨가량을 0.05몰% 내지 1몰%로 하는 것이 바람직하다.As is apparent from Fig. 9, it was confirmed that the addition of W significantly reduced the half width ratio (A / B). In addition, as the amount of W added was increased, the half width ratio (A / B) showed a tendency to decrease. In the case of the active material particle sample disclosed herein, it is preferable to set the amount of W to be added in the range of 0.05 mol% to 1 mol% in order to set the half width ratio (A / B) to 0.45 to 0.7.
(시험예 5)(Test Example 5)
본 예에서는, 전술한 샘플 1 내지 16의 중공 구조의 활물질 입자 제작 과정에 있어서, Li/Mall비를 1.05 내지 1.1의 사이에서 서로 다르게 하여 활물질 입자를 제작하였다. 최고 소성 온도는 950℃, 소성 시간은 20시간, W 첨가량은 0.5몰%로 일정하게 하였다. 얻어진 활물질 입자 샘플의 분말 X선 회절 패턴을 상기 방법에 의해 측정하고, 밀러 지수 (003)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 A와, 밀러 지수 (104)의 회절면에 의해 얻어지는 피크의 반값폭 B의 비(A/B)를 산출하였다. 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10은, Li/Mall비와 반값폭 비(A/B)의 관계를 나타내는 그래프이다.In this example, active material particles were prepared by varying the Li / Mall ratio between 1.05 and 1.1 in the process of fabricating active material particles of the hollow structure of
도 10으로부터 명백해진 바와 같이, Li/Mall비가 증대됨에 따라서 반값폭 비(A/B)는 저하 경향을 나타내었다. 여기서 공시한 활물질 입자 샘플의 경우, 반값폭 비(A/B)를 0.45 내지 0.7로 하기 위해서는, Li/Mall비를 1.05 이상으로 하는 것이 바람직하다.As apparent from Fig. 10, the half width ratio (A / B) showed a tendency to decrease as the Li / Mall ratio was increased. In the case of the active material particle sample disclosed herein, it is preferable that the Li / Mall ratio is 1.05 or more in order to set the half width ratio (A / B) to 0.45 to 0.7.
이상, 본 발명을 상세히 설명하였지만, 상기 실시 형태는 예시에 지나지 않으며, 여기에서 개시되는 발명에는 전술한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.While the present invention has been described in detail, the foregoing embodiments are merely illustrative, and the invention disclosed herein includes various modifications and variations of the above-described specific examples.
여기에 개시되는 기술에 의해 제공되는 리튬 이차 전지는, 상기와 같이 우수한 성능을 나타내는 점에서, 각종 용도에 적합한 리튬 이차 전지로서 이용 가능하다. 예를 들어, 자동차 등의 차량에 탑재되는 모터(전동기)용 전원으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 리튬 이차 전지는, 그들 복수개를 직렬 및/또는 병렬로 접속하여 이루어지는 조전지의 형태로 사용되어도 된다. 따라서, 여기에 개시되는 기술에 의하면, 도 11에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 이러한 리튬 이차 전지(100: 조전지의 형태일 수 있음)를 전원으로서 구비하는 차량(1: 전형적으로는 자동차, 특히 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료 전지 자동차와 같은 전동기를 구비하는 자동차)이 제공될 수 있다.The lithium secondary battery provided by the technique disclosed herein can be used as a lithium secondary battery suitable for various applications in that it exhibits excellent performance as described above. For example, it can be preferably used as a power source for a motor (electric motor) mounted on a vehicle such as an automobile. Such a lithium secondary battery may be used in the form of a battery composed of a plurality of such batteries connected in series and / or in parallel. Therefore, according to the technique disclosed in this specification, as schematically shown in Fig. 11, a vehicle 1 (typically, an automobile, particularly a vehicle) having such a lithium secondary battery 100 (which may be in the form of a battery) A hybrid vehicle, an electric vehicle, or a motor vehicle having an electric motor such as a fuel cell vehicle) may be provided.
본 발명에 의하면, 저 SOC 영역에 있어서도 높은 출력을 안정적으로 발휘할 수 있는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a lithium secondary battery capable of stably exhibiting a high output even in a low SOC region.
Claims (12)
상기 집전체에 보유된 활물질 입자를 포함하는 활물질층
을 구비하고,
상기 활물질 입자는, 리튬 전이 금속 산화물의 1차 입자가 복수 집합한 2차 입자로서, 상기 2차 입자의 내측에 형성된 중공부와, 상기 중공부를 둘러싸는 쉘부를 갖는 중공 구조를 구성하고 있으며,
상기 2차 입자에는, 외부로부터 상기 중공부까지 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있으며,
여기서 상기 활물질 입자의 분말 X선 회절 패턴에 있어서, (003)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 다음 식: (A/B)≤0.7을 만족하는, 리튬 이차 전지.The whole house,
An active material layer containing active material particles held on the current collector,
And,
Wherein the active material particles constitute a hollow structure having a hollow portion formed inside the secondary particle and a shell portion surrounding the hollow portion, the secondary particle comprising a plurality of primary particles of a lithium transition metal oxide,
The secondary particle has a through hole penetrating from the outside to the hollow portion,
When the ratio (A / B) of the half width A of the diffraction peak obtained by the (003) plane to the half width B of the diffraction peak obtained by the (104) plane in the powder X-ray diffraction pattern of the active material particle is (A / B) < / = 0.7.
상기 반값폭 비(A/B)가 다음 식: 0.45≤(A/B)≤0.7을 만족하는, 리튬 이차 전지.The method according to claim 1,
Wherein said half width ratio (A / B) satisfies the following formula: 0.45? (A / B)? 0.7.
상기 활물질 입자 중 상기 중공부를 둘러싸는 쉘부의 평균 두께가, 0.1㎛ 내지 2.2㎛인, 리튬 이차 전지.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein an average thickness of the shell portion surrounding the hollow portion of the active material particles is 0.1 占 퐉 to 2.2 占 퐉.
상기 리튬 전이 금속 산화물은, 적어도 니켈을 구성 원소로서 포함하는 층상 결정 구조의 화합물인, 리튬 이차 전지.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the lithium transition metal oxide is a compound having a layered crystal structure containing at least nickel as a constituent element.
상기 리튬 전이 금속 산화물은, 텅스텐을 포함하는 층상 결정 구조의 화합물이며,
상기 텅스텐의 함유량은, 상기 화합물 중의 텅스텐 이외의 모든 전이 금속 원소의 합계를 몰 백분율로 100몰%라 했을 때, 0.05몰% 내지 1몰%인, 리튬 이차 전지.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The lithium transition metal oxide is a compound of a layered crystal structure containing tungsten,
Wherein the content of tungsten is from 0.05 mol% to 1 mol% when the sum of all the transition metal elements other than tungsten in the compound is 100 mol% in terms of a mole percentage.
상기 리튬 전이 금속 산화물은, 이하의 일반식:
<식 1>
Li1 + xNiyCozMn(1-y-z)WαMβO2
(식 1 중의 x, y, z, α 및 β는,
0≤x≤0.2,
0.1<y<0.9,
0.1<z<0.4,
0.0005≤α≤0.01,
0≤β≤0.01을 모두 만족하는 실수이며,
M은, 존재하지 않거나 혹은 Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B 및 F를 포함하는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소임)
로 나타내는 층상 결정 구조의 화합물인, 리튬 이차 전지.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The lithium transition metal oxide may be represented by the following general formula:
<Formula 1>
Li 1 + x Ni y Co z Mn (1- y z ) W 留 M 硫 O 2
(X, y, z,? And? In the formula (1)
0? X? 0.2,
0.1 < y < 0.9,
0.1 < z < 0.4,
0.0005??? 0.01,
0.0 < / = 0.0 < / = 0.01,
M is not present or is one or more elements selected from the group consisting of Zr, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al,
Wherein the lithium secondary battery is a compound having a layered crystal structure represented by the following formula.
상기 활물질 입자는,
전이 금속 화합물의 수성 용액에 암모늄이온을 공급하여, 전이 금속 수산화물의 입자를 상기 수성 용액으로부터 석출시키는 원료 수산화물 생성 공정, 여기서, 상기 수성 용액은, 상기 리튬 전이 금속 산화물을 구성하는 전이 금속 원소 중 적어도 1개를 포함함;
상기 전이 금속 수산화물과 리튬 화합물을 혼합하여 미소성의 혼합물을 제조하는 혼합 공정; 및,
상기 혼합물을 소성하여 상기 활물질 입자를 얻는 소성 공정;
을 포함하는 제조 방법에 의해 제조된 활물질 입자인, 리튬 이차 전지.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The active-
A raw hydroxide producing step of supplying ammonium ions to an aqueous solution of a transition metal compound to precipitate transition metal hydroxide particles from the aqueous solution, wherein the aqueous solution is at least one of transition metal elements constituting the lithium transition metal oxide 1;
A mixing step of mixing the transition metal hydroxide and a lithium compound to prepare an unflavored mixture; And
A firing step of firing the mixture to obtain the active material particles;
Wherein the active material particles are prepared by a manufacturing method comprising a lithium secondary battery.
전이 금속 화합물의 수성 용액에 암모늄이온을 공급하여, 전이 금속 수산화물의 입자를 상기 수성 용액으로부터 석출시키는 원료 수산화물 생성 공정, 여기서, 상기 수성 용액은, 상기 리튬 전이 금속 산화물을 구성하는 전이 금속 원소를 적어도 하나 포함함;
상기 전이 금속 수산화물과 리튬 화합물을 포함하는 미소성의 혼합물을, 리튬(Li)과 다른 모든 구성 금속 원소의 합계(Mall)의 몰비(Li/Mall)가 1.05 내지 1.2의 범위로 되도록 리튬 과잉으로 제조하는 공정; 및,
상기 혼합물을 700℃ 내지 1000℃의 범위 내에서 최고 소성 온도가 설정되는 조건으로 소성하여 상기 활물질 입자를 얻는 소성 공정;
을 포함하고,
상기 활물질 입자의 분말 X선 회절 패턴에 있어서, (003)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 A와, (104)면에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭 B의 비(A/B)가 다음 식: (A/B)≤0.7을 만족하는, 활물질 입자의 제조 방법.A secondary particle having a plurality of primary particles of a lithium-transition metal oxide, the secondary particle having a hollow portion formed inside the secondary particle and a shell portion surrounding the hollow portion, the secondary particle penetrating from the outside to the hollow portion And a through hole is formed in the through hole, the method comprising the steps of:
A raw hydroxide producing step of supplying ammonium ions to an aqueous solution of a transition metal compound to precipitate particles of a transition metal hydroxide from the aqueous solution, wherein the aqueous solution contains at least a transition metal element constituting the lithium transition metal oxide One containing;
A fine mixture castle that said transition comprises a metal hydroxide and a lithium compound, the lithium excess to the range of the molar ratio (Li / M all) of 1.05 to 1.2 of a total amount of lithium (Li) and all the other constituent metal elements (M all) A manufacturing process; And
Calcining the mixture at a temperature in the range of 700 ° C to 1000 ° C to obtain the active material particles;
/ RTI >
(A / B) of the half width A of the diffraction peak obtained by the (003) plane and the half width B of the diffraction peak obtained by the (104) plane in the powder X-ray diffraction pattern of the active material particle is expressed by the following equation : (A / B)? 0.7.
상기 소성 공정은, 소성 시간이 3 내지 20시간으로 되도록 행해지는, 활물질 입자의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the firing step is performed so that the firing time is 3 to 20 hours.
상기 소성 공정은, 최고 소성 온도가 850℃ 내지 950℃로 되도록 행해지는, 활물질 입자의 제조 방법.10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the firing step is performed so that the maximum firing temperature is from 850 캜 to 950 캜.
상기 전이 금속 수산화물은, 텅스텐을 포함하고,
상기 텅스텐의 함유량은, 상기 전이 금속 수산화물 중의 텅스텐 이외의 모든 전이 금속 원소의 합계를 몰 백분율로 100몰%라 했을 때, 0.05몰% 내지 1몰%인, 활물질 입자의 제조 방법.11. The method according to any one of claims 8 to 10,
Wherein the transition metal hydroxide comprises tungsten,
Wherein the content of tungsten is from 0.05 mol% to 1 mol% when assuming that the sum of all the transition metal elements other than tungsten in the transition metal hydroxide is 100 mol% as a mole percentage.
상기 원료 수산화물 생성 공정은,
상기 수성 용액으로부터 상기 전이 금속 수산화물을 석출시키는 핵 생성 단계와,
상기 핵 생성 단계보다도 상기 수성 용액의 pH를 감소시킨 상태에서, 상기 전이 금속 수산화물을 성장시키는 입자 성장 단계
를 포함하고,
상기 핵 생성 단계에서의, 상기 수성 용액의 pH가 12 이상 13 이하, 및
상기 입자 성장 단계에서의, 상기 수성 용액의 pH가 11 이상 12 미만인, 활물질 입자의 제조 방법.The method according to any one of claims 8 to 11,
In the raw hydroxide producing step,
A nucleation step of precipitating the transition metal hydroxide from the aqueous solution,
Wherein the transition metal hydroxide is grown in a state where the pH of the aqueous solution is lower than the nucleation step,
Lt; / RTI >
Wherein the pH of the aqueous solution in the nucleation step ranges from 12 to 13, and
Wherein the aqueous solution has a pH of 11 or more and less than 12 in the particle growth step.
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